使用expected进行错误处理
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使用expected进行错误处理
C++ 中提供了很多中方式进行错误处理。无论是通过抛异常还是通过错误码，标准库都提供相应的调用。
- 通过 try catch 以抛出异常的方式进行处理，这种方式很多人会觉得看起来可读性很差（包括我），并且由于缺少异常规约（某些异常必须捕获），容易出现 bug，而且异常的传递很多时候可能伴随动态分配内存，这是一笔不小的开销。
- 通过 error_code 作为返回值判断，这种方式虽然看似简单易用，但是由于 C++ 中并未对 error_code 作过多的规范，使用起来并不方便，很多时候还是倾向于自定义一些枚举作为自己的 error_code，但是由于缺少多返回值的语法（当然如果C++版本比较高可用使用tuple以及解构的语法实现），如果把错误码作为返回值，那么原本的数据返回就只能函数参数传递引用的形式返回了。当然，如果不考虑函数返回值的具体错误信息，可以使用 C++17 的 optional 。
由于 optional 无法包含具体的错误信息，expected 横空出世，在 C++23 开始纳入标准。如果你的C++版本较低，可以使用第三方开源的 expected 库：https://github.com/TartanLlama/expected
关于 C++23 中的新特性，包括 expected 库的使用，大家可以观看 CppCon：How C++23 Changes the Way We Write Code
下面我会以一个例子把第三方库中的 expected 库的使用方式介绍给大家。
expected 使用实例
由于该第三方库是 head-only 的，所以你只需要进到GitHub仓库把对应的头文件复制过来，便可引入使用。
下面是示例代码，样例是 cppreference 中的。
#include "expected.h"
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>
enum class parse_error
{
invalid_input,
overflow
};
tl::expected<double, parse_error> parse_number(std::string_view& str)
{
const char* begin = str.data();
char* end;
double retval = std::strtod(begin, &end);
if (begin == end)
return tl::unexpected(parse_error::invalid_input);
else if (std::isinf(retval))
return tl::unexpected(parse_error::overflow);
str.remove_prefix(end - begin);
return retval;
}
int main()
{
auto process = [](std::string_view str) {
std::cout << "str: " << std::quoted(str) << ", ";
if (const auto num = parse_number(str); num)
{
std::cout << "value: " << *num << '\n';
// If num did not have a value, dereferencing num
// would cause an undefined behavior, and
// num.value() would throw std::bad_expected_access.
// num.value_or(123) uses specified default value 123.
}
else if (num.error() == parse_error::invalid_input)
{
std::cout << "error: invalid input\n";
}
else if (num.error() == parse_error::overflow)
{
std::cout << "error: overflow\n";
}
else
{
std::cout << "unexpected!\n";// or invoke std::unreachable();
}
};
for (auto src : {"42", "42abc", "meow", "inf"})
process(src);
}
上面的代码如果想要跑通，情确保C++版本至少是C++17，因为其中用到了 string_view 以及更智能的自动类型推导（如果低于这个帮会导致unexpected需要指定明确的error类型）。
函数式的接口
- and_then：传入一个回调，在没有错误的时候调用，该回调的返回值是新的 expected 值（可以控制err）。如果有错误返回原 expected 值。
- or_else：传入一个回调，在有错误的时候调用，该回调的返回值是新的 expected 值（可以控制err），并且回调的参数是对应的错误类型。如果没有错误返回原 expected 值。
- transform/map：transform 是C++23标准中规定的接口，而该第三方库作者又实现了一个名为map的接口，这两者效果是一致的。传入一个回调，在没有错误的时候调用，回调的参数和返回值都不牵扯 expected 值，只是作值的变换，所以无法控制新的 expected 的 err 值。如果有错误则返回原 expected 值。
- transform_error/map_error：同上，但回调的调用时机和参数于 or_else 相同，但是需要注意的是，回调的返回值并不具备任何效用，也就是说如果 transform_error 中的回调被调用，那么返回的仍然是原本包含错误信息的 expected 值。
简单示例如下：
#include "expected.h"
#include <iostream>
#include <string>
enum class parse_error
{
invalid_input,
overflow
};
tl::expected<double, parse_error> parse_number(std::string_view& str)
{
const char* begin = str.data();
char* end;
double retval = std::strtod(begin, &end);
if (begin == end)
return tl::unexpected(parse_error::invalid_input);
else if (std::isinf(retval))
return tl::unexpected(parse_error::overflow);
str.remove_prefix(end - begin);
return retval;
}
int main()
{
auto sv = std::string_view{"0"};
auto result = parse_number(sv)
.and_then([](double x) {
return tl::expected<double, parse_error>(x + 1);
})
.map([](double x) {
return x + 1;
})
.transform([](double x) {
return x + 1;
});
if (result)
std::cout << *result << "\n";
auto result2 = parse_number(sv)
.and_then([](double x) {
//自己构造了一个错误
tl::expected<double, parse_error> ret = tl::unexpected<parse_error>(parse_error::invalid_input);
return ret;
})
.or_else([](parse_error err) {
if (err == parse_error::invalid_input)
{
std::cout << "invalid error\n";
}
//自己构造了一个错误
tl::expected<double, parse_error> ret = tl::unexpected<parse_error>(parse_error::overflow);
return ret;
})
.transform_error([](parse_error err) {
if (err == parse_error::overflow)
{
std::cout << "overflow error\n";
}
return 32432.4324;
}).map([](double x){
return x+1;
});
if (result2)
{
std::cout << *result2;
}
}