最近看cppreference的编译器支持的时候发现libstdc++已经实现<expected>了,可惜的是在网上看了一下发现没什么太多它的材料,只能自己看paper和实现写篇博文记录下学习过程了。

什么是std::expected?

简单点理解它和std::optional差不多,但是std::optional只能表示有正常的值或者为std::nullopt,即空值。而std::expected则可以表示一个期望的值和一个错误的值,相当于两个成员的std::variant,但是在接口上更方便使用。可以把它当作新的一种的错误处理方式。

基本使用

构造

std::expected<T,E>有两个模板参数,第一个表示为期望的值,第二个表示错误的值。

如果是期望的值,则有一个隐式的转换。

1
std::expected<int, std::string> e = 42;

如果是异常值,则要通过std::expected()来初始化。

1
std::expected<int, std::string> e = std::unexpected("Error");

默认构造函数

1
std::expected<S, int> e;

要求S有一个default constructor,否则会报错。

使用

std::optional一样有指针语义,可以解引用。

1
2
3
std::expected<int, std::string> e = 42;
if (e)
  std::cout << *e << "\n"; // prints 42

注意解引用前必须检查,否则为UB!!!

下面和上面效果上等价:

1
2
3
std::expected<int, std::string> e = 42;
if (e.has_value())
  std::cout << e.value() << "\n"; // prints 42

注意std::expected<T,E>::value()在值不存在会抛出一个异常,一定程度上更安全。

表示错误

1
2
3
std::expected<int, std::string> e = std::unexpected("Error");
if (!e.has_value())
  std::cout << e.error() << "\n"; // prints `Error`

如果没有错误使用的话为UB!!!

如果说返回的结果为错误,可以通过value_or()来更优雅地提供一个默认值。

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
std::expected<int, std::string> MayHasErr(int i) {
    if (i < 0)
        return std::unexpected("Error");
    else
        return i * 2;
}

int main() {
    std::cout << MayHasErr(3).value() << "\n"; // print 3
    std::cout << MayHasErr(-2).value_or(42) << "\n"; // print 42
}

内部实现

std::expected<T,E>的实现比较简单,不需要依靠任何新的语言特性。它由一个类型为T的期望值和std::unexpected<E>的union和一个表示是否为错误的bool值组成。剩下的就是一些helper函数。

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
template<class T, class E>
  class expected {
  using unexpected_type = unexpected<E>;
   private:
    bool has_val;
    union {
      T val; // 表示期望的值
      E unex; // 表示异常的值
    };
  };

参考