noexcept, optional та expected

noexcept і гарантії безпеки

noexcept обіцяє, що виняток не вийде з функції. Якщо все ж вийде, буде викликано std::terminate, а не звичайне поширення до зовнішнього catch. Не ставте noexcept на функцію тільки для приховування попередження або в надії прискорити довільний код.

Базова гарантія означає збереження інваріантів і відсутність витоків, але стан може змінитися. Строга гарантія означає, що невдала операція не змінює спостережуваний стан. Гарантія без відмови означає успішне виконання без винятку. Noexcept сам по собі не доводить логічного успіху: функція може повернути код помилки.

Для строгої гарантії зручно працювати з тимчасовим станом, а потім виконати короткий безпечний обмін. Якщо просто змінити першу з двох колекцій, а друга операція кине виняток, дані можуть розійтися.

Приклад 3. Узгоджене додавання до двох векторів

#include <vector>
#include <print>
#include <stdexcept>

void append_pair(std::vector<int>& ids,
    std::vector<int>& scores, int id, int score)
{
    if (ids.size() != scores.size() || score < 0 || score > 100)
        throw std::invalid_argument("Invalid state or score");
    auto new_ids = ids;
    auto new_scores = scores;
    new_ids.push_back(id);
    new_scores.push_back(score);
    ids.swap(new_ids);
    scores.swap(new_scores);
}

int main()
{
    std::vector<int> ids{1}, scores{80};
    append_pair(ids, scores, 2, 95);
    try { append_pair(ids, scores, 3, 120); }
    catch (const std::invalid_argument&) {}
    std::println("sizes: {}, {}; last: {}, {}", ids.size(),
        scores.size(), ids.back(), scores.back());
}

sizes: 2, 2; last: 2, 95

До завершення обох push_back початкові вектори не змінені. Для цих vector зі стандартним алокатором swap не кидає винятків. Порожній catch тут є лише контрольованою частиною демонстрації відхиленого тесту; у користувацькій програмі потрібно повідомити відмову. Ціна строгої гарантії – копії двох векторів.

optional та expected

std::optional<T> із <optional> означає значення або його відсутність. Він зручний для пошуку, де «не знайдено» є звичайним результатом. Він не пояснює причину відсутності. Коли причина важлива, у C++23 є std::expected<T,E> із <expected>: або успішне T, або помилка E.

std::unexpected(error) створює помилковий результат. has_value() або логічна перевірка визначає стан. value() повертає значення або кидає bad_expected_access, якщо його немає. error() потребує стану помилки. value_or(default) дозволяє запасне значення, але може приховати важливу причину відмови.

and_then викликає наступну функцію, що сама повертає expected, тільки при успіху. transform перетворює успішне значення звичайною функцією. or_else обробляє помилку й може повернути відновлений результат. Це монадні операції; для практичного використання достатньо розуміти маршрут значення та помилки.

Рис. 6.9. Поширення успіху і помилки в ланцюжку

Приклад 4. Дата з явною причиною відмови

Вхід – один токен у форматі YYYY-MM-DD. Розбір відділений від перевірки календарних меж. Leap-year правило використовує Григоріанський календар.

#include <expected>
#include <string_view>
#include <string>
#include <iostream>
#include <print>

struct Date { int year, month, day; };
enum class Error { syntax, range };
using Result = std::expected<Date, Error>;

Result parse(std::string_view text)
{
    if (text.size() != 10 || text[4] != '-' || text[7] != '-')
        return std::unexpected(Error::syntax);
    for (std::size_t i = 0; i < text.size(); ++i)
        if (i != 4 && i != 7 && (text[i] < '0' || text[i] > '9'))
            return std::unexpected(Error::syntax);
    auto number = [&](std::size_t start, std::size_t count)
    {
        int value{};
        for (std::size_t i = start; i < start + count; ++i)
            value = value * 10 + text[i] - '0';
        return value;
    };
    return Date{number(0, 4), number(5, 2), number(8, 2)};
}

Result validate(Date date)
{
    if (date.year < 1 || date.month < 1 || date.month > 12)
        return std::unexpected(Error::range);
    const bool leap = date.year % 400 == 0
        || (date.year % 4 == 0 && date.year % 100 != 0);
    const int days[]{31, 28, 31, 30, 31, 30,
        31, 31, 30, 31, 30, 31};
    const int limit = days[date.month - 1]
        + (date.month == 2 && leap ? 1 : 0);
    if (date.day < 1 || date.day > limit)
        return std::unexpected(Error::range);
    return date;
}

int main()
{
    std::string text;
    if (!std::getline(std::cin, text)) return 1;
    const auto result = parse(text).and_then(validate);
    if (!result)
    {
        std::println("Error: {}", result.error() == Error::syntax
            ? "syntax" : "range");
        return 1;
    }
    std::println("Valid: {:04}-{:02}-{:02}", result->year,
        result->month, result->day);
}

2024-02-29 дає Valid: 2024-02-29, 2023-02-29 – Error: range, а 2024/02/29 – Error: syntax. Лямбда number є короткою локальною функцією, що читає вже перевірені цифри; повна теорія лямбд буде пізніше.