异常替代方案error_code通过返回值报告错误，避免抛出异常。1. error_code将错误码与上下文分离，可同时返回结果和丰富错误信息；2. 其本质是包含数值和error_category的轻量对象，避免模块间冲突；3. 与直接返回错误码相比，更灵活且无需为错误预留返回空间；4. 与异常相比，性能开销小、控制流清晰，但需手动检查错误，易遗漏；5. 自定义error_category需继承std::error_category并重载name和message方法；6. error_condition用于表示错误类别，与error_code互补，提升处理灵活性；7. 大型项目中应统一错误码规范、使用自定义分类、封装接口、结合error_code与error_condition，并可用result类统一处理结果。
异常替代方案，简单来说，就是用返回值或者特定的对象来报告错误，而不是抛出异常。Herb Sutter的error_code就是其中一种优雅的实践。
error_code实践框架
在c++的世界里，异常处理一直是个有争议的话题。一方面，异常能清晰地表达错误，让代码更易读；另一方面，异常的开销、复杂性，以及在某些环境下的不可用性，也让很多人望而却步。error_code框架提供了一种更可控、更灵活的错误处理方式。
为什么要用error_code，而不是直接返回错误码？
直接返回错误码，简单粗暴，但问题也显而易见。首先，它要求函数签名必须为错误码预留空间，这意味着你不能直接返回有意义的结果。其次，错误码本身可能不够信息量，难以定位问题。error_code则不同，它将错误码和错误上下文分离，允许你同时返回结果和错误信息，而且错误信息可以更加丰富。
error_code本质上是一个轻量级的对象，它包含一个数值和一个error_category。数值代表具体的错误码，error_category则定义了错误码的命名空间和语义。这种设计让错误码的含义更加明确，避免了不同模块之间的错误码冲突。
#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; }
在这个例子中，divide函数返回一个std::pair，其中包含计算结果和一个std::error_code。如果除数为0，则返回一个表示无效参数的error_code。main函数检查error_code是否为空，如果非空，则输出错误信息。
error_code和异常相比，有什么优缺点？
异常的优点是清晰、简洁，错误处理逻辑集中，易于维护。缺点是性能开销大，特别是频繁抛出和捕获异常时。此外，异常会打乱正常的控制流，使得代码的执行路径难以预测。
error_code的优点是性能开销小，控制流清晰，适用于对性能要求高的场景。缺点是错误处理逻辑分散，需要手动检查错误码，容易遗漏。此外，error_code需要更多的代码来处理错误，可能会降低代码的可读性。
选择哪种方式，取决于具体的应用场景。如果对性能要求不高，且错误处理逻辑比较复杂，异常可能更合适。如果对性能要求高，或者需要在没有异常支持的环境中使用，error_code则是更好的选择。我个人倾向于在库的设计中使用error_code，而在应用程序中使用异常，这样可以兼顾性能和易用性。
如何自定义error_category？
std::system_category提供了一些标准的错误码，但很多时候，我们需要自定义错误码来表示特定领域的错误。这时，就需要自定义error_category。
自定义error_category需要继承std::error_category类，并重载name和message方法。name方法返回错误类别的名称，message方法返回错误码对应的错误信息。
#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) { // 模拟文件写入错误 if (filename == "badfile.txt") { return {false, make_error_code(MyError::FileNotFound)}; } // 实际的文件写入逻辑... 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; }
这个例子定义了一个名为MyErrorCategory的错误类别，它包含了三个自定义的错误码：FileNotFound、PermissionDenied和DiskFull。writeFile函数使用这些错误码来表示文件写入过程中可能出现的错误。
使用自定义error_category可以更好地组织和管理错误码，提高代码的可读性和可维护性。但需要注意的是，自定义error_category需要保证线程安全，避免多线程环境下的数据竞争。
error_condition又是什么？它和error_code有什么区别？
error_condition和error_code都用于表示错误，但它们的语义不同。error_code表示具体的错误码，而error_condition表示错误的类别。一个error_code可以映射到多个error_condition，反之则不行。
例如，std::errc::permission_denied是一个error_code，它可以映射到std::io_errc::permission_denied这个error_condition，表示一个I/O相关的权限错误。使用error_condition可以更灵活地处理错误，例如，你可以忽略具体的错误码，只关注错误的类别。
#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; }
在这个例子中，我们首先创建了一个std::error_code，表示权限被拒绝的错误。然后，我们获取了它的默认error_condition。最后，我们检查error_condition是否属于I/O相关的权限错误。
总的来说，error_code和error_condition是互补的。error_code提供了具体的错误信息，而error_condition提供了更高级别的错误分类。
在大型项目中，如何更好地使用error_code？
在大型项目中，错误处理是一个复杂的问题。为了更好地使用error_code，可以考虑以下几点：
- 定义统一的错误码规范：避免不同模块之间的错误码冲突，提高代码的可读性和可维护性。
- 使用自定义的error_category：将错误码按照模块或功能进行分类，方便管理和查找。
- 提供统一的错误处理接口：封装底层的错误处理逻辑，提供更高级别的错误处理接口，简化上层代码的错误处理。
- 使用error_code和error_condition的组合：error_code用于表示具体的错误，error_condition用于表示错误的类别，提高错误处理的灵活性。
- 使用静态分析工具：检查代码中是否遗漏了错误处理，避免潜在的错误。
例如，可以创建一个Result类，它包含一个error_code和一个值，用于表示函数的结果。Result类可以提供一些便捷的方法，例如is_ok、is_error和value，用于检查结果是否成功和获取结果的值。
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_; }; // 辅助函数，方便创建 Result 对象 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); }
这样，就可以用Result来统一处理函数的返回值和错误码，避免了手动检查错误码的繁琐。
总而言之，error_code是一种强大的错误处理机制，它可以提高代码的性能、可控性和可维护性。但是，error_code也需要更多的代码来处理错误，可能会降低代码的可读性。在选择错误处理方式时，需要根据具体的应用场景进行权衡。
