如何在c++项目中使用std::expected进行错误处理传递？ (组合与and_then)

std::expected 的 and_then 用于成功路径的链式组合，只在有值时调用并自动解包返回 expected，错误类型必须一致，不处理异常，需显式返回 unexpected；map 用于无错误转换，or_else 用于错误恢复。

std::expected 的基本组合：operator>> 和链式调用

std::expected 没有内置的 operator>>，但你可以用 and_then（C++23）实现类似 Result 类型的扁平化组合。它只在当前 expected 包含值（即 has_value() == true）时才调用传入的可调用对象，并自动解包返回值——前提是该可调用对象也返回 std::expected。

常见错误是误以为 and_then 会处理错误分支；它完全忽略错误，只对成功路径做变换。若上游失败，整个链直接短路，保留原始错误。

• and_then 接收一个参数为 T（即 expected::value_type）的函数，返回 std::expected
• 返回类型中的错误类型 E 必须与原 expected 一致，否则编译失败
• 不能用 and_then 把 int 转成 std::expected<:string std::error_code> 再转成 std::expected —— 错误类型不匹配

std::expected parse_int(std::string s) {
    try { return std::stoi(s); }
    catch (...) { return std::unexpected("invalid number"); }
}
std::expected to_double(int x) {
return static_cast(x) * 1.5;
}
auto result = parse_int("42").and_then(to_double);
// result 是 std::expected，值为 63.0

and_then 中如何处理可能失败的中间步骤？

如果中间函数本身也可能失败（即返回 std::expected），and_then 正好适配这种“一环扣一环”的错误传递场景。它天然支持嵌套失败：只要任意一环返回 std::unexpected，后续不会执行，最终结果携带该环节的错误。

容易踩的坑是试图在 and_then 回调里 throw 异常——这会导致程序终止（除非你显式捕获并转为 std::unexpected）。标准要求 and_then 内部不传播异常。

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• 所有中间逻辑必须显式返回 std::expected，不能靠异常退出
• 若需 fallback 行为（比如“解析失败就用默认值”），应在外层用 value_or 或 or_else，而非塞进 and_then
• and_then 不改变错误类型，所以多个步骤共用同一错误类型（如 std::string 或枚举）会更易维护

std::expected read_file(std::string path) {
    std::ifstream f(path);
    if (!f.is_open()) return std::unexpected("file not found");
    return std::string{std::istreambuf_iterator(f), {}};
}
std::expected count_lines(std::string content) {
size_t n = 0;
for (char c : content) if (c == '\n') ++n;
return n;
}
// 组合：read → count，任一失败则终止，错误类型保持 std::string
auto lines = read_file("data.txt").and_then(count_lines);

和 map、or_else 配合使用的边界情况

and_then 只负责“成功后继续返回 expected”的场景；若你想对值做纯转换（不引入新错误），用 map 更轻量；若想处理错误分支，得靠 or_else。三者分工明确，混用时要注意语义断裂点。

典型误用：用 map 去调用一个可能抛异常的函数，导致未定义行为；或在 or_else 里返回了和原 expected 错误类型不同的类型，引发编译错误。

• map(f)：f 接收 T，返回 U（非 expected），整个结果仍是 expected
• or_else(f)：f 接收 const E&，返回 std::expected，用于错误恢复
• 三者返回类型都要求错误类型 E 严格一致，C++23 标准不支持自动转换

std::expected get_id() { return 123; }
// map：安全转换，无新错误
auto str_id = getid().map([](int i) { return "ID" + std::to_string(i); });
// or_else：错误时尝试 fallback
auto fallback = get_id()
.or_else([](const std::string& e) -> std::expected {
if (e == "not ready") return 0;
return std::unexpected(e);
});

实际项目中 and_then 的性能与兼容性提醒

and_then 是零开销抽象：它只是条件调用加移动语义，没有动态分配，也没有虚函数。但它的可用性依赖 C++23 标准库实现。GCC 13+、Clang 16+、MSVC 19.35+ 支持，旧版本需用第三方库（如 TartanLlama/expected）并注意 API 差异（比如有些叫 bind 而非 and_then）。

真正容易被忽略的是错误类型的生命周期管理。如果你用 std::string 作错误，频繁构造临时字符串会影响性能；更稳妥的做法是定义轻量错误枚举，或用 std::error_code 配合自定义 std::error_category。