c++23中的std::expected是什么以及如何使用_c++错误处理新方案详解

std::expected是C++23引入的模板类，用于显式表示操作可能返回T类型值或E类型错误，相比错误码和异常更安全高效。它通过has_value()、value()、error()等成员函数提供清晰的错误处理机制，并支持and_then、or_else、transform等链式组合操作，使错误处理更现代、类型安全且无需异常开销。

std::expected 是 C++23 引入的一个新类型，用于更清晰、更安全地处理可能失败的操作。它提供了一种比异常和错误码更现代的错误处理方式，尤其适合函数可能返回正常值或错误信息的场景。

什么是 std::expected？

std::expected 是一个模板类，表示“期望得到一个 T 类型的值，但可能会得到一个 E 类型的错误”。它类似于 std::optional（可能有值或无值），但不同之处在于：当没有正常值时，它不是“空”，而是包含一个具体的错误对象（E 类型）。

这使得调用者能明确知道操作失败的原因，而不是仅仅判断“有没有结果”。

与传统错误处理方式对比

基本使用方法

假设我们要实现一个除法函数，可能因除零而失败：

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#include 
#include 

enum class DivideError {
    DivisionByZero
};

std::expected divide(double a, double b) {
    if (b == 0.0) {
        return std::unexpected(DivideError::DivisionByZero);
    }
    return a / b;
}

int main() {
    auto result = divide(10.0, 2.0);
    if (result.has_value()) {
        std::cout << "Result: " << result.value() << "\n";
    } else {
        std::cout << "Error: Division by zero\n";
    }

    auto bad_result = divide(5.0, 0.0);
    if (!bad_result) {
        if (bad_result.error() == DivideError::DivisionByZero) {
            std::cout << "Caught division by zero\n";
        }
    }
    return 0;
}

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关键成员函数：
• has_value()：检查是否包含正常值。
• value()：获取成功值（若无值则抛异常，慎用）。
• operator*：解引用获取值（需确保有值）。
• error()：获取错误对象。
• operator bool()：可直接用于条件判断。

链式处理与辅助操作

可以结合 lambda 或函数指针做链式调用，类似 Rust 的 ? 操作符思想：

std::expected parse_number(const std::string& s) {
    try {
        return std::stoi(s);
    } catch (...) {
        return std::unexpected("Invalid number format");
    }
}

auto result = parse_number("42")
    .and_then([](int n) -> std::expected {
        if (n < 0) return std::unexpected("Negative not allowed");
        return n * 2;
    });

if (result) {
    std::cout << "Parsed and doubled: " << *result << "\\n";
} else {
    std::cout << "Error: " << result.error() << "\\n";
}

常用组合方法：
• and_then(func)：值存在时执行转换函数。
• or_else(func)：值不存在时提供回退逻辑。
• transform(func)：对值进行映射（返回 expected）。

基本上就这些。std::expected 让错误处理变得显式、类型安全且易于组合，是 C++23 中值得掌握的新特性。