C++怎么使用C++23的std::expected_C++现代错误处理与函数式编程思想

裘德小鎮的故事

发布时间：2025-11-23 08:18:43

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原创

std::expected 提供更安全的错误处理机制，通过封装值或错误信息避免异常和错误码，需显式检查结果并支持链式调用，如 divide(10, 2).and_then(...) 处理连续操作。

c++怎么使用c++23的std::expected_c++现代错误处理与函数式编程思想

在C++23中，std::expected 被正式引入标准库，用于更安全、清晰地处理可能失败的操作。它借鉴了函数式编程语言中的思想（如Haskell的Either类型或Rust的Result），通过封装“期望值”或“错误信息”，替代传统的异常抛出或错误码返回方式。

理解 std::expected 的基本结构

std::expected 是一个模板类，表示一个操作的结果：要么成功并包含类型为 T 的值，要么失败并包含类型为 E 的错误信息。与 std::optional 不同的是，它不仅能表达“有没有值”，还能说明“为什么没有值”。

例如：

#include 
#include 
std::expected divide(int a, int b) {
if (b == 0) {
return std::unexpected("除数不能为零");
}
return a / b;
}

这里返回的是一个可能包含整数结果，也可能包含字符串错误的信息，调用者必须显式处理两种情况。

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如何正确使用 std::expected 进行错误处理

使用 std::expected 的关键是避免隐式假设操作成功。你需要检查其状态，并分别处理成功和失败路径。

常见操作包括：

.has_value()：判断是否包含有效值
*operator：解包值（需确保有值，否则未定义行为）
.value()：获取值，若无值则抛出异常（慎用）
.error()：当出错时，获取错误对象
.and_then()、.or_else()、.transform()：支持链式调用，体现函数式风格

示例：安全地链式处理多个可能失败的操作

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auto result = divide(10, 2)
    .and_then([](int x) -> std::expected {
        if (x < 5) return std::unexpected("结果太小");
        return x * 2;
    });
if (result.has_value()) {
std::cout << "结果: " << *result << "\n";
} else {
std::cout << "出错: " << result.error() << "\n";
}

结合函数式编程思想提升代码可读性

std::expected 支持类似函子（Functor）和单子（Monad）的操作，允许你以声明式方式组合操作流程，而不需要嵌套 if 判断或 try-catch 块。

典型模式：

.transform(f)：对成功值应用函数 f，返回新的 expected
.and_then(f)：用于扁平化嵌套的 expected，适合返回另一个 expected 的函数
.or_else(f)：在失败时提供恢复逻辑

举例：连续处理可能出错的步骤

std::expected parse_and_sqrt(const std::string& s) {
    try {
        auto val = std::stod(s);
        if (val < 0) return std::unexpected("负数无法开方");
        return std::sqrt(val);
    } catch (...) {
        return std::unexpected("解析失败");
    }
}
// 使用 transform 简化处理
auto chain = parse_and_sqrt("4.0")
.transform([](double x) { return x + 1; })
.or_else([](const std::string&) { return std::expected(2.0); });
std::cout << "最终结果: " << *chain << "\n"; // 输出 3.0

注意事项与最佳实践

尽管 std::expected 很强大，但在实际使用中需要注意以下几点：

错误类型 E 应该轻量且可拷贝，推荐使用枚举或字符串视图
避免滥用 .value()，这会退化成异常机制，失去预期优势
在接口设计中优先返回 expected 而非 bool + 引用输出参数
配合 std::errc 或自定义错误码提高一致性

基本上就这些。std::expected 让错误处理变得更直观、更安全，也推动 C++ 向更现代、更函数式的风格演进。合理使用它，能显著减少 bug 并提升代码可维护性。

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