C++23的std::expected是什么_C++中优雅处理函数返回值与错误的现代方法

在C++23中，std::expected 是一种全新的类型，用于更清晰、更安全地处理可能失败的函数调用。它提供了一种比异常和错误码更现代、更直观的方式来表达“期望得到一个值，但也可能得到一个错误”的语义。

什么是 std::expected？

std::expected 是一个模板类，表示要么包含一个类型为 T 的成功值（the expected value），要么包含一个类型为 E 的错误值。这与 std::optional 类似，但不同的是：optional 表示“有值或无值”，而 expected 明确告诉你“为什么没有值”——因为它包含了具体的错误信息。

举个例子：

假设你写一个函数来解析整数：

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std::expected parse_int(const std::string& str) {
    try {
        size_t pos;
        int value = std::stoi(str, &pos);
        if (pos != str.size()) {
            return std::unexpected("Invalid: extra characters");
        }
        return value;
    } catch (const std::invalid_argument&) {
        return std::unexpected("Invalid argument");
    } catch (const std::out_of_range&) {
        return std::unexpected("Number out of range");
    }
}

调用时可以这样处理结果：

auto result = parse_int("123abc");
if (result.has_value()) {
    std::cout << "Got: " << *result << "\n";
} else {
    std::cout << "Parse error: " << result.error() << "\n";
}

相比传统方法的优势

以往我们常用以下方式处理错误：

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• 返回 bool + 输出参数（不够直观）
• 抛出异常（开销大，控制流不清晰）
• 使用 errno 或全局状态（线程不安全）
• 返回 std::pair 或 std::variant（语义模糊）

std::expected 解决了这些问题：

• 明确区分成功与失败路径
• 携带详细的错误信息（不只是 true/false）
• 零成本抽象：没有异常开销
• 编译期检查：必须处理错误，否则容易被注意到
• 支持链式操作，如 and_then、or_else 等（类似函数式编程）

如何有效使用 std::expected

实际开发中，建议这样使用：

• 对于可能失败但属于正常流程的操作（如文件读取、网络请求、数据解析），优先考虑返回 expected
• 错误类型 E 推荐使用枚举或轻量错误结构体，避免 string（除非调试需要）
• 配合 if-else 或 switch 处理分支，代码可读性强
• 利用其隐式布尔转换简化判断：if (auto res = compute(); res) { ... }

还支持一些便捷操作：

// 链式处理
get_user_id()
    .and_then(fetch_user_data)
    .or_else([](const auto& e) {
        log_error(e);
        return default_user();
    });

注意事项与现状

目前（截至主流编译器2024年版本），std::expected 在 GCC 13+、Clang 17+ 中已部分支持，需启用 -std=c++23 并注意标准库实现进度。MSVC 正在跟进。

若暂不可用，可使用 TL::expected 第三方库作为过渡，接口高度兼容。

基本上就这些。std::expected 让 C++ 的错误处理变得更直接、更可靠，是现代 C++ 值得掌握的重要工具。