異常替代方案error_code通過返回值報告錯誤，避免拋出異常。1. error_code將錯誤碼與上下文分離，可同時返回結果和豐富錯誤信息；2. 其本質是包含數值和error_category的輕量對象，避免模塊間沖突；3. 與直接返回錯誤碼相比，更靈活且無需為錯誤預留返回空間；4. 與異常相比，性能開銷小、控制流清晰，但需手動檢查錯誤，易遺漏；5. 自定義error_category需繼承std::error_category并重載name和message方法；6. error_condition用于表示錯誤類別，與error_code互補，提升處理靈活性；7. 大型項目中應統一錯誤碼規范、使用自定義分類、封裝接口、結合error_code與error_condition，并可用result類統一處理結果。
異常替代方案，簡單來說，就是用返回值或者特定的對象來報告錯誤，而不是拋出異常。Herb Sutter的error_code就是其中一種優雅的實踐。
error_code實踐框架
在c++的世界里，異常處理一直是個有爭議的話題。一方面，異常能清晰地表達錯誤，讓代碼更易讀；另一方面，異常的開銷、復雜性，以及在某些環境下的不可用性，也讓很多人望而卻步。error_code框架提供了一種更可控、更靈活的錯誤處理方式。
為什么要用error_code，而不是直接返回錯誤碼？
直接返回錯誤碼，簡單粗暴，但問題也顯而易見。首先，它要求函數簽名必須為錯誤碼預留空間，這意味著你不能直接返回有意義的結果。其次，錯誤碼本身可能不夠信息量，難以定位問題。error_code則不同，它將錯誤碼和錯誤上下文分離，允許你同時返回結果和錯誤信息，而且錯誤信息可以更加豐富。
error_code本質上是一個輕量級的對象，它包含一個數值和一個error_category。數值代表具體的錯誤碼，error_category則定義了錯誤碼的命名空間和語義。這種設計讓錯誤碼的含義更加明確，避免了不同模塊之間的錯誤碼沖突。
#include <iostream> #include <system_error> std::pair<int, std::error_code> divide(int a, int b) { if (b == 0) { return {0, std::make_error_code(std::errc::invalid_argument)}; } return {a / b, {}}; // 返回空 error_code 表示成功 } int main() { auto [result, ec] = divide(10, 2); if (ec) { std::cerr << "Error: " << ec.message() << std::endl; } else { std::cout << "Result: " << result << std::endl; } auto [result2, ec2] = divide(5, 0); if (ec2) { std::cerr << "Error: " << ec2.message() << std::endl; } else { std::cout << "Result: " << result2 << std::endl; } return 0; }
在這個例子中，divide函數返回一個std::pair，其中包含計算結果和一個std::error_code。如果除數為0，則返回一個表示無效參數的error_code。main函數檢查error_code是否為空，如果非空，則輸出錯誤信息。
error_code和異常相比，有什么優缺點？
異常的優點是清晰、簡潔，錯誤處理邏輯集中，易于維護。缺點是性能開銷大，特別是頻繁拋出和捕獲異常時。此外，異常會打亂正常的控制流，使得代碼的執行路徑難以預測。
error_code的優點是性能開銷小，控制流清晰，適用于對性能要求高的場景。缺點是錯誤處理邏輯分散，需要手動檢查錯誤碼，容易遺漏。此外，error_code需要更多的代碼來處理錯誤，可能會降低代碼的可讀性。
選擇哪種方式，取決于具體的應用場景。如果對性能要求不高，且錯誤處理邏輯比較復雜，異常可能更合適。如果對性能要求高，或者需要在沒有異常支持的環境中使用，error_code則是更好的選擇。我個人傾向于在庫的設計中使用error_code，而在應用程序中使用異常，這樣可以兼顧性能和易用性。
如何自定義error_category？
std::system_category提供了一些標準的錯誤碼，但很多時候，我們需要自定義錯誤碼來表示特定領域的錯誤。這時，就需要自定義error_category。
自定義error_category需要繼承std::error_category類，并重載name和message方法。name方法返回錯誤類別的名稱，message方法返回錯誤碼對應的錯誤信息。
#include <iostream> #include <system_error> enum class MyError { FileNotFound, PermissionDenied, DiskFull }; class MyErrorCategory : public std::error_category { public: const char* name() const noexcept override { return "MyErrorCategory"; } std::string message(int ev) const override { switch (static_cast<MyError>(ev)) { case MyError::FileNotFound: return "File not found"; case MyError::PermissionDenied: return "Permission denied"; case MyError::DiskFull: return "Disk is full"; default: return "Unknown error"; } } }; const MyErrorCategory myErrorCategory; std::error_code make_error_code(MyError e) { return {static_cast<int>(e), myErrorCategory}; } std::pair<bool, std::error_code> writeFile(const std::string& filename, const std::string& content) { // 模擬文件寫入錯誤 if (filename == "badfile.txt") { return {false, make_error_code(MyError::FileNotFound)}; } // 實際的文件寫入邏輯... return {true, {}}; } int main() { auto [success, ec] = writeFile("badfile.txt", "Some content"); if (ec) { std::cerr << "Error: " << ec.category().name() << ": " << ec.message() << std::endl; } else { std::cout << "File written successfully" << std::endl; } auto [success2, ec2] = writeFile("goodfile.txt", "Some content"); if (ec2) { std::cerr << "Error: " << ec2.category().name() << ": " << ec2.message() << std::endl; } else { std::cout << "File written successfully" << std::endl; } return 0; }
這個例子定義了一個名為MyErrorCategory的錯誤類別，它包含了三個自定義的錯誤碼：FileNotFound、PermissionDenied和DiskFull。writeFile函數使用這些錯誤碼來表示文件寫入過程中可能出現的錯誤。
使用自定義error_category可以更好地組織和管理錯誤碼，提高代碼的可讀性和可維護性。但需要注意的是，自定義error_category需要保證線程安全，避免多線程環境下的數據競爭。
error_condition又是什么？它和error_code有什么區別？
error_condition和error_code都用于表示錯誤，但它們的語義不同。error_code表示具體的錯誤碼，而error_condition表示錯誤的類別。一個error_code可以映射到多個error_condition，反之則不行。
例如，std::errc::permission_denied是一個error_code，它可以映射到std::io_errc::permission_denied這個error_condition，表示一個I/O相關的權限錯誤。使用error_condition可以更靈活地處理錯誤，例如，你可以忽略具體的錯誤碼，只關注錯誤的類別。
#include <iostream> #include <system_error> int main() { std::error_code ec = std::make_error_code(std::errc::permission_denied); std::error_condition cond = ec.default_error_condition(); if (cond == std::io_errc::permission_denied) { std::cout << "I/O permission denied" << std::endl; } else if (cond == std::generic_category().default_error_condition(std::errc::permission_denied)) { std::cout << "Generic permission denied" << std::endl; } return 0; }
在這個例子中，我們首先創建了一個std::error_code，表示權限被拒絕的錯誤。然后，我們獲取了它的默認error_condition。最后，我們檢查error_condition是否屬于I/O相關的權限錯誤。
總的來說，error_code和error_condition是互補的。error_code提供了具體的錯誤信息，而error_condition提供了更高級別的錯誤分類。
在大型項目中，如何更好地使用error_code？
在大型項目中，錯誤處理是一個復雜的問題。為了更好地使用error_code，可以考慮以下幾點：
- 定義統一的錯誤碼規范：避免不同模塊之間的錯誤碼沖突，提高代碼的可讀性和可維護性。
- 使用自定義的error_category：將錯誤碼按照模塊或功能進行分類，方便管理和查找。
- 提供統一的錯誤處理接口：封裝底層的錯誤處理邏輯，提供更高級別的錯誤處理接口，簡化上層代碼的錯誤處理。
- 使用error_code和error_condition的組合：error_code用于表示具體的錯誤，error_condition用于表示錯誤的類別，提高錯誤處理的靈活性。
- 使用靜態分析工具：檢查代碼中是否遺漏了錯誤處理，避免潛在的錯誤。
例如，可以創建一個Result類，它包含一個error_code和一個值，用于表示函數的結果。Result類可以提供一些便捷的方法，例如is_ok、is_error和value，用于檢查結果是否成功和獲取結果的值。
template <typename T> class Result { public: Result(T value) : value_(std::move(value)), ec_{} {} Result(std::error_code ec) : value_(), ec_{ec} {} bool is_ok() const { return !ec_; } bool is_error() const { return (bool)ec_; } T value() { if (is_error()) { throw std::runtime_error("Cannot Access value of an error result"); } return std::move(value_); } const T& value() const { if (is_error()) { throw std::runtime_error("Cannot access value of an error result"); } return value_; } std::error_code error() const { return ec_; } private: T value_; std::error_code ec_; }; // 輔助函數，方便創建 Result 對象 template <typename T> Result<T> make_result(T value) { return Result<T>(std::move(value)); } template <typename T> Result<T> make_result(std::error_code ec) { return Result<T>(ec); }
這樣，就可以用Result來統一處理函數的返回值和錯誤碼，避免了手動檢查錯誤碼的繁瑣。
總而言之，error_code是一種強大的錯誤處理機制，它可以提高代碼的性能、可控性和可維護性。但是，error_code也需要更多的代碼來處理錯誤，可能會降低代碼的可讀性。在選擇錯誤處理方式時，需要根據具體的應用場景進行權衡。
