今天来聊聊前几天看到的一个新特性：std::expected。
传统上，c++开发人员在开发或实现一个函数的时候，往往要考虑到各种情况，才能编写出可靠且可维护的代码。但是基于以前语言特性的限制，往往需要使用错误码和异常等机制来管理错误，虽然这些方法有其优点，但它们也带来了一系列挑战，例如需要通过判断错误码来决定返回是否符合预期，如果错误码是符合预期的则需要采用其他方式获取函数的真实值等~
从一个例子入手
用一个简单的除法例子来入门吧。这得追溯到小学三年级，那时候老师会告诉我们：除数不能为0，所以在潜意识中，在做除法的时候，都会判断除数是否为0，我们往往会像如下这么做：
bool divide(int numerator, int denominator, int &result, std::string &err) {
if(denominator ==0.0){
err ="divide by 0";
returnfalse;
}
result = numerator / denominator;
returntrue;
}
int main() {
int a =1.0;
int b =0.0;
int c =1.0;
std::string err;
bool r =divide(a, b, c, err);
if(!r){
std::cout <<"err: "<< err <<"\n";
}else{
std::cout <<"result: "<< result <<"\n";
}
return0;
}上述实现确实有效，但其存在以下两个缺点：
•缺乏类型安全：状态代码和错误消息相隔离，这可能存在处理不一致并增加出错的可能性•可读性降低：错误处理的逻辑分散，使得代码难以阅读和维护
当然了，也可以像如下这么写：
int divide(int numerator, int denominator) {
if (denominator == 0.0) {
throw std::runtime_error("error: divide by 0");
}
return numerator / denominator;
}这种方式使用了异常机制，虽然异常为错误处理提供了一种强大的机制，但也存在一系列挑战：
•性能开销：由于堆栈展开和异常处理成本，异常可能会带来显著的开销，尤其是在性能敏感的程序中•复杂性：处理异常可能会导致更复杂的代码，从而使得遵循错误处理逻辑变得更加困难
横空出世
那么，有没有一种更为优雅的方式，将预期输出和错误信息放在一个结构中，形如如下这种：
template <class_Ty,class_Err>
structexpected{
/*... lots of code ... */
_Ty_Value;
_Err_Unexpected;
};其实，很明显，上述结构可行，但是，emm，浪费空间，所以此时，我们想到了Modern cpp中的另外一种新特性std::variant，结合上述两种特性，然后形如如下这种：
template<typename T, typename E>
using expected = std::variant<T, std::unexpected<E>>;嗯，说实话，在接触此文的时候，没有去特意研究源码，只是在某些文章中提到了此种实现方案，感觉挺有意思，所以在此列出来~
好了，言归正传，正是基于前面传统实现的弊端，没有一个完美的解决方案，标准引入了一个新的方案来解决此类问题std::expected：
•提供了一种更轻量、更直接的替代方案，使错误处理变得明确，并减少了对复杂异常处理机制的需求•提供了一种现代、类型安全的 C++ 错误处理方法，解决了传统方法的缺点（如返回代码和异常），通过将成功和错误状态封装在单个对象中，std::expected增强了代码的可读性、可维护性和性能，使其成为现代C++开发的必备工具•允许开发人员在单个对象中表示值或错误，以干净、可读的方式简化成功和失败场景的处理
好了，我们现在使用std::expected来重写文章一开始的代码：
std::expected<int, std::string> divide(int numerator, int denominator) {
if (denominator == 0.0) {
return std::unexpected("error: divide by 0");
}
return numerator / denominator;
}在上述这个实现中，divide接收两个参数，返回类型为std::expected<int, std::string>，如果分母为0，则返回std::unexpected，否则返回正确的结果。这种方法使错误处理变得明确而直接，从而增强了代码的可读性和可维护性。
成功与否
与std::optional使用方式一样，std::expected同样需要进行判断，一旦返回值使用了std::expected，我们就得判断函数的返回值内容包含的是一个有效值或者错误信息。为此，标准提供了两个成语函数以满足我们的需求：
•has_value用以判断该函数的返回是否成功•value用以获取返回值，即如果前面的has_value返回为true，则使用value获取值•error用以获取错误信息，即如果前面的has_value返回为true，则使用error获取错误信息
下面是一个完整的使用示例：
#include <iostream>
#include <expected>
#include <string>
std::expected<int, std::string> divide(int numerator, int denominator) {
if(denominator ==0.0){
return std::unexpected("error: divide by 0");
}
return numerator / denominator;
}
int main() {
auto r =divide(10,2);
if(r.has_value()){
std::cout <<"Result: "<< r.value()<<'\n';
}else{
std::cout << r.error()<<'\n';
}
auto er =divide(10,0);
if(er.has_value()){
std::cout <<"Result: "<< er.value()<<'\n';
}else{
std::cout << er.error()<<'\n';
}
return0;
}在上述代码中，r和er均为std::expected类型的对象，通过has_value判断是否成功，如果成功，则使用value获取值，否则使用error获取错误信息。
除了上述最基本也就是最常用的功能外，标准也提供了其它几种方法：
•**exp.and_then**：如果 exp 包含值，则返回指定函数调用的结果。如果 exp 为空，则返回一个空的 std::expected•**exp.transform**：将 exp 中的值进行转换，返回包含转换后值的 std::expected。如果 exp 为空，则返回一个空的 std::expected•**exp.or_else**：如果 exp 包含值，则返回 exp。如果 exp 为空，则返回指定函数的结果•**exp.transform_error**：如果 exp 包含值，则返回 exp。如果 exp 为空，则返回一个包含转换后错误信息的新 std::expected
下面我们使用一个完整的例子来加深对这块的理解：
#include <expected>
#include <iostream>
#include <string>
// 定义两个函数，分别返回 std::expected 和处理错误
std::expected<int, std::string> divide(int numerator, int denominator) {
if(denominator ==0){
return std::unexpected("Division by zero");
}
return numerator / denominator;
}
std::expected<int, std::string> add_ten(int value) {
return value +10;
}
int main() {
auto result1 =divide(20,4).and_then(add_ten);
if(result1){
std::cout <<"Result1: "<<*result1 << std::endl;
}else{
std::cout <<"Error1: "<< result1.error()<< std::endl;
}
auto result2 =divide(20,5).transform([](int value){return value *2;});
if(result2){
std::cout <<"Result2: "<< result2.value()<< std::endl;
}else{
std::cout <<"Error2: "<< result2.error()<< std::endl;
}
auto result3 =divide(20,0).or_else([](const std::string&err){return std::expected<int, std::string>(-1);});
if(result3){
std::cout <<"Result3: "<< result3.value()<< std::endl;
}else{
std::cout <<"Error3: "<< result3.error()<< std::endl;
}
auto result4 =divide(20,0).transform_error([](const std::string& error){
return error +" - Please provide a non-zero denominator.";
});
if(result4){
std::cout <<"Result4: "<< result4.value()<< std::endl;
}else{
std::cout <<"Error4: "<< result4.error()<< std::endl;
}
return0;
}
上述代码输出结果如下：
Program returned: 0
Program stdout
Result1: 15
Result2: 8
Result3: -1
Error4: Division by zero - Please provide a non-zero denominator.