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c++怎么使用C++23的std::expected进行错误处理_C++23新特性与安全错误处理

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发布： 2025-11-16 16:18:57

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std::expected是C++23引入的用于安全处理可能失败操作的模板类，它封装成功值或错误信息，提供类型安全、显式错误处理，避免异常开销，适用于嵌入式与高可靠性场景。

c++怎么使用c++23的std::expected进行错误处理_c++23新特性与安全错误处理

在C++23中，std::expected 被正式引入作为标准库的一部分，用于更安全、更清晰地处理可能失败的操作。它提供了一种类型安全的方式来表示一个值或一个错误，取代传统的异常抛出或返回错误码的方式，尤其适合在不希望使用异常的项目中进行可靠错误处理。

什么是 std::expected？

std::expected<T, E> 是一个模板类，表示要么包含一个类型为 T 的期望值（成功情况），要么包含一个类型为 E 的错误信息（失败情况）。这类似于函数式语言中的 Result 类型，也与 std::optional 类似，但能携带具体的错误原因，而不仅仅是“有值”或“无值”。

相比以下方式：

用返回值表示结果，通过输出参数带回错误码 —— 不直观且易出错
抛出异常 —— 在禁用异常的环境（如嵌入式）不可用，性能开销大
使用 std::optional + 全局错误状态 —— 无法传递具体错误信息

std::expected 提供了更现代、更安全的替代方案。

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基本用法示例

下面是一个使用 std::expected 实现整数除法的简单例子：

#include <expected>
#include <iostream>
#include <string>
<p>std::expected<int, std::string> divide(int a, int b) {
if (b == 0) {
return std::unexpected("除数不能为零");
}
return a / b;
}</p><p>int main() {
auto result = divide(10, 2);
if (result.has_value()) {
std::cout << "结果: " << result.value() << "\n";
} else {
std::cout << "错误: " << result.error() << "\n";
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>auto bad_result = divide(10, 0);
if (!bad_result) {
    std::cout << "错误: " << bad_result.error() << "\n";
}

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}

在这个例子中：

成功时返回 std::expected<int, string> 包含结果值
失败时通过 std::unexpected(err) 构造错误分支
使用 has_value() 或隐式转换判断是否成功
通过 .value() 获取正常值，.error() 获取错误信息

错误类型的选取建议

选择合适的错误类型 E 很重要。常见做法包括：

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使用枚举类型（如 enum class ErrorCode）提高性能和类型安全
使用 std::string 或 std::string_view 方便调试和日志输出
结合 std::error_code 与自定义错误类别，实现与现有系统集成

例如：

enum class ParseError {
    InvalidSyntax,
    Overflow
};
<p>std::expected<int, ParseError> parse_int(const std::string& str) {
// ... 解析逻辑
if (/<em> 格式错误 </em>/) {
return std::unexpected(ParseError::InvalidSyntax);
}
if (/<em> 溢出 </em>/) {
return std::unexpected(ParseError::Overflow);
}
return parsed_value;
}</p>

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链式操作与映射错误

虽然当前标准尚未提供像 .and_then() 或 .or_else() 这样的函数式组合方法（预计后续标准加入），但你可以手动实现简洁的链式调用：

auto result = compute_a();
if (!result) return result;
<p>auto next = compute_b(result.value());
if (!next) return std::unexpected(next.error());</p><p>return next;</p>

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也可以封装辅助宏或工具函数来简化处理流程，提升代码可读性。