One exception to rule them all

本文简单讨论了不同高级编程语言如何表达以及处理错误，并介绍了C++中新的解决方案。

不同语言的错误处理

错误如何表达？

不同语言给出了不同答案：

• 以C为代表的错误码或errno对象
• 以C++为代表的异常对象
• 以Scala为代表的“函数式”结果对象

问题：不同库，不同开发者的喜好不一致，使得用户常常需要在不同的错误码和错误对象间转换

如何处理错误：不同开发者给出了不同答案：

• 完整的保留全部信息
• 终止程序，避免程序以不正确的状态运行
• 收缩或者在合适的时机忽略

问题：用户必须写出繁琐的代码（错误和正常的逻辑掺杂）、被迫终止程序（非bug情况是不可接受的）、错误的收缩（产生bug或者丢失信息）

例子：A库使用错误类型 A，B库使用错误类型 B，而C库需要在一个函数内调用A库和B库的函数，如何准确的将 A 和 B 传递给C库的调用者？

例子：互联网服务读取JSON中的值，当JSON中的值可能不合法时，如何编写代码处理？

主流语言都广泛使用以上两种或者三种方式，加上不同开发者存在不同的喜好，使得编写代码时时刻面临抉择

什么是理想的错误处理？

• 不丢失信息及终止程序
• 不需要调用者转换错误
• 不强制调用者处理错误

C++异常的问题

• 允许抛出任何类型，难以确定异常对象含义
• 异常对象一定需要堆分配（支持跨线程传递），效率低
• 捕获时类型匹配复杂，效率低

解决方案

标准错误码和错误对象

Niall Douglas的C++标准提案status_code and standard error object ¹ 给出了一种统一的表示方法，旨在解决上述问题：如何表达错误

P1028的核心设计是std::status_code和std::status_code_domain

status_code实际持有两个成员，一个是指向status_domain对象的指针，一个是status_domain中定义的value_type类型的错误对象。

status_domain的作用是提供错误码的元数据以及提供错误之间转换的操作，这些元数据以及转换API被实现为虚函数。

status_domain虽然有虚函数，但status_domain的所有特殊成员函数都是平凡的，这意味着status_domain满足字面类型的要求，可以有constexpr的对象。

每一个status_code_domain对象储存一个用户提供的唯一ID，该ID用来区分不同的domain，通常由随机数生成器生成，该ID的类型是不小于64位的无符号整数。

在处理错误（捕获时），不同domain之间通过该ID来识别。

status_code<void> 是不持有错误对象的特化，它持有一个指向domain的指针，并且它是平凡的。 template<typename DomainType> status_code<DomainType> 是持有错误码的主模板，它继承status_code<void> 并额外储存一个value_type类型的对象。

Herbceptions

Herb Sutter在2018年的时候提出了一种解决异常性能问题的新异常方案Herbceptions，该方案保持现有异常的基本结构：throw以及try，catch块，同时简化异常对象的传递以及消除对RTTI的依赖。

Herbceptions的核心方案是以值的形式抛出一个小对象，该对象足够小，小到可以被储存在函数栈中向下传递，使抛出异常后不再依赖复杂的异常对象管理函数管理异常对象。同时，提供一种不需要RTTI的手段来区分来自不同库，不同功能的异常，也就是std::status_code的最终目的。

status_code在Dauglas的提案中是允许任意大小的，但能用于Herbceptions的类型一定满足value_type的对象可以被储存到寄存器中，此时满足Herbceptions的要求。

在可以预见的未来，会有3种value_type类型被广泛使用：整数，指针以及std::exception_ptr。

当value_type为整数类型时，代表该类（domain）的错误只表达错误本身，而不需要提供额外的信息，如标准库将提供status_code<errno> 来表示POSIX错误，以及status_code<DWORD> 来表示Win32错误。

当value_type为指针类型时，表示该类错误需要携带额外信息，在抛出时，用户负责申请动态内存储存T的对象，并将指针储存到status_code中。用户在捕获后可获得该指针，并从该指针中提取数据，以及释放内存。

当value_type为std::exception_ptr时，代表该异常是源自旧C++异常（例如std::exception），这是过渡方案。

捕获时，首先解引用捕获的期待对象的domain对象的指针，然后调用domain的比较函数判断期待和目标的domain是否相等，如果返回true，即期待domain能处理目标domain的错误，进行第二步，判断期待和目标是否表示一个错误，如果是一个错误，那么进入当前catch块，如果不等，那么进入下一个catch块。

由于判断domain是否相等是独立的步骤，因此当一次判断返回false时，可以跳过所有期待domain是当前期待domain的catch块。