C++23中的std::expected如何处理错误？(类型安全的异常返回值处理)

std::expected是C++23引入的值语义错误传播机制，不抛异常，以持有T或E的可变容器形式将错误视为可检查的合法状态，适用于需避免栈展开、精细控制错误流向的场景。

std::expected 是什么，它不替代 throw/catch

std::expected 是 C++23 引入的值语义错误传播机制，本质是一个持有 T（成功值）或 E（错误值）的可变容器。它**不抛异常**，也不捕获异常，而是把“出错”当作一种合法、可检查的数据状态来处理。适合那些你明确不想触发栈展开、需要细粒度控制错误流向的场景，比如系统调用封装、协议解析、配置加载。

如何从函数返回并检查 std::expected

典型模式是函数直接返回 std::expected 或 std::expected<:string std::string> 这类类型。调用方必须显式检查是否含值：

std::expected parse_int(const char* s) {
    char* end;
    long v = std::strtol(s, &end, 10);
    if (*end != '\0' || errno == ERANGE) {
        return std::unexpected(std::errc::invalid_argument);
    }
    return static_cast(v);
}
auto result = parse_int("42");
if (result) {
std::cout << "got: " << *result << "\n"; // OK
} else {
std::cout << "error: " << std::make_error_code(result.error()).message() << "\n";
}

• 用 if (result) 检查是否为预期值（即 has_value()）
• 用 *result 解包成功值（若未检查直接解包会 std::terminate）
• 用 result.error() 获取错误对象，注意它返回的是 E&，不是拷贝
• 不要对 std::expected 做 *result —— 它没有值，只能用 result.has_value() 或 !result

链式调用：and_then 和 or_else 的实际用途

当多个可能失败的操作需顺序执行时，and_then 可避免嵌套 if；而 or_else 用于提供备选路径（类似“默认值”或“fallback 函数”）：

auto read_config() -> std::expected { /* ... */ }
auto validate(Config c) -> std::expected { /* ... */ }
auto pipeline = read_config()
.and_then(validate)
.and_then([](ValidConfig c) {
return launch_service(c) ? std::expected{} 
: std::unexpected("launch failed");
});
if (!pipeline) {
std::cerr << "Pipeline error: " << pipeline.error() << "\n";
}

• and_then 接收一个返回 std::expected 的函数，自动扁平化嵌套结果（类似 std::optional::transform + std::expected 合并逻辑）
• or_else 在当前为 error 时被调用，参数是 E&，返回另一个 std::expected —— 注意它不接收 std::unexpected，别写成 or_else([](auto u) { ... })
• 所有这些操作都保持值语义，无异常、无动态内存分配（除非你的 T 或 E 自身有）

和 std::optional、status code、异常混用时的坑

std::expected 不是万能胶。它和其它错误处理机制共存时容易混淆语义：

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• 别用 std::expected 模拟异常 —— 这违背了它的设计初衷，且丢失了栈信息；真要转发异常，请用 std::exception_ptr + 显式 std::rethrow_exception
• 不要把 std::expected 当作 std::optional 用：后者表示“不存在”，前者表示“存在但失败”，语义不同
• 与 C API 交互时，常见错误是把 errno 直接塞进 E 类型却不映射为标准错误码类别（如 std::errc），导致 std::error_code(e).message() 返回空字符串
• 移动语义要注意：std::expected 移动后源对象进入未指定状态（C++23 标准未强制要求置空），不要在移动后访问其 value() 或 error()

最常被忽略的一点：std::expected 的 error() 成员函数在 has_value() == true 时行为未定义 —— 不是返回垃圾值，而是直接 UB。检查必须前置。