C++中的std::expected是什么？（如何处理可能的错误返回值）

std::expected 是 C++23 引入的类型，用于显式表达“成功（含 T）或失败（含 E）”的返回值；而 std::optional 仅表示“有或无值”，不携带错误信息。

std::expected 是什么，和 std::optional 有什么区别

std::expected 是 C++23 引入的类型，用于显式表达「可能成功也可能失败」的返回值。它不是用来替代 std::optional 的——后者只表示「有或没有值」，不携带错误信息；而 std::expected 明确区分：成功时含 T，失败时含 E（比如 std::error_code 或自定义错误枚举）。

常见错误现象：有人试图用 std::optional 表示「计算结果或出错」，但调用方无法知道为什么失败，只能靠额外文档或全局错误码推断。

• std::expected 的 E 类型必须是可复制/可移动的，且不能是 void（否则该用 std::optional）
• 不支持隐式转换到 bool，必须显式调用 .has_value() 或用 if (auto res = foo(); res) 这类结构判断
• 它不接管异常语义：构造失败值不会抛异常，但若 E 构造本身抛异常，则传播出去

怎么从函数返回 std::expected 并正确消费

典型使用场景：系统调用封装、文件读取、JSON 解析等可能失败但又不想用异常的路径。

std::expected safe_divide(int a, int b) {
  if (b == 0) {
    return std::unexpected(std::make_error_code(std::errc::invalid_argument));
  }
  return a / b;
}

消费时别直接解包：

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• ❌ 错误写法：int x = *res; —— 若 res 失败会 std::terminate
• ✅ 推荐写法：用 if (res) 判断再访问 res.value()，或用 res.value_or(42) 提供默认值
• 更安全的模式是用 and_then 链式处理（C++23 支持），类似 Rust 的 ?：
  auto result = parse_json(s).and_then(validate).and_then(save_to_db);

注意：and_then 要求每个函数都返回 std::expected，否则链会断。

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std::expected 和异常、错误码、返回结构体比有什么代价

性能上，std::expected 通常比异常轻量（无栈展开开销），但比纯错误码多一次拷贝/移动（尤其 E 较大时）。兼容性方面：仅 C++23 及以上标准可用，GCC 13+、Clang 16+、MSVC 19.35+ 才完整支持。

常见坑：

• 误以为 std::expected 的内存布局和 union 一样紧凑——实际实现可能带额外标志位，不要做 reinterpret_cast 或 memcpy 操作
• 把 std::error_code 当作万能错误类型：它不携带上下文字符串，调试困难；建议搭配 std::string 或自定义错误类型（需满足三法则）
• 忘记 std::expected 不提供 operator== 默认实现，比较两个 expected 需手动展开判断

如何在 C++20 项目里模拟 std::expected 行为

如果不能升级到 C++23，别硬套第三方库（如 tl::expected），容易引入 ABI 或 SFINAE 兼容问题。更稳妥的做法是：

• 用结构体手动封装：struct Result { bool ok; T value; E error; };，但要自己实现 value()、error()、has_value() 等接口
• 或退回到 std::pair<:optional>, std::optional>，虽啰嗦但清晰、无依赖、零成本抽象
• 真正需要链式处理时，优先考虑重构逻辑：把失败路径提前 return，避免深层嵌套判断

最常被忽略的一点：很多人只关注「怎么返回错误」，却没想清楚「谁负责销毁错误值里的资源」——比如 E 是一个打开的文件句柄，std::expected 不会自动 close，得在 if (!res) 分支里显式清理。