C++23中如何结合std::ranges/std::views与std::expected？

场景背景 #

我们有个返回结果有效性不确定的函数random_predicate()，还有用于错误处理的枚举类Error。用Ranges视图处理std::vector<int>后，得到的视图元素类型是std::expected<int, Error>。

核心需求与遇到的问题 #

想要把这个视图转换成两种结果：要么碰到错误就向上传播Error，要么得到全是int的成功视图。

我试过先检查视图里有没有错误元素，有就返回错误，没有就转成int视图，但遇到两个问题：

1. 函数返回类型没法推导成std::expected<T, Error>，而且不知道T该设成啥；
2. 不确定返回视图会不会导致悬空，是不是该用ranges::to<T>()返回容器？

一、解决返回类型推导问题 #

首先得明确：如果所有元素都成功，你要返回的是int类型的视图，那std::expected的成功类型就得匹配这个视图类型。要是原视图是std::ranges::view，T就是对应的视图类型，比如decltype(原视图 | std::views::transform([](auto&& e){ return e.value(); }))，但直接写太麻烦，试试下面的实现：

#include <expected>
#include <ranges>
#include <vector>

enum class Error { SomeError, AnotherError };

// 示例函数：返回预期值或错误
std::expected<int, Error> random_predicate(int val);

template <std::ranges::input_range R>
auto process_expected_view(R&& view) -> std::expected<decltype(view | std::views::transform([](auto&& e){ return e.value(); })), Error>
{
    // 查找第一个错误元素
    auto err_it = std::ranges::find_if(view, [](const auto& exp) { return !exp.has_value(); });
    if (err_it != std::ranges::end(view)) {
        return std::unexpected(err_it->error());
    }

    // 所有元素都有效，返回转换后的int视图
    return view | std::views::transform([](auto&& exp) { return exp.value(); });
}

要是嫌返回类型太长，也可以用C++20的auto返回类型，让编译器自动推导：

template <std::ranges::input_range R>
auto process_expected_view(R&& view)
{
    auto err_it = std::ranges::find_if(view, [](const auto& exp) { return !exp.has_value(); });
    if (err_it != std::ranges::end(view)) {
        // 先构造错误的expected，让编译器推导返回类型
        return std::expected<decltype(view | std::views::transform([](auto&& e){ return e.value(); })), Error>{
            std::unexpected(err_it->error())
        };
    }

    return std::expected<decltype(view | std::views::transform([](auto&& e){ return e.value(); })), Error>{
        view | std::views::transform([](auto&& exp) { return exp.value(); })
    };
}

二、视图悬空风险与返回容器的选择 #

• 视图悬空原因：视图本身不存储数据，只是对原数据的引用。如果原容器（比如你处理的std::vector<int>）是临时对象，或者函数返回后原容器会被销毁，那返回的视图就会指向已经释放的内存，触发未定义行为。
• 返回视图的安全场景：只有当原数据的生命周期比视图的使用周期长时才安全，比如原std::vector<int>是全局变量，或者由调用者管理且能保证在视图使用期间不会被销毁。
• 返回容器的场景：如果没法保证原数据的生命周期，或者需要保存转换后的结果，就用ranges::to<std::vector<int>>()把视图转成容器返回。这样返回的是独立的容器，完全不存在悬空问题，唯一的代价是内存拷贝。

返回容器的实现示例：

template <std::ranges::input_range R>
auto process_expected_view(R&& view) -> std::expected<std::vector<int>, Error>
{
    auto err_it = std::ranges::find_if(view, [](const auto& exp) { return !exp.has_value(); });
    if (err_it != std::ranges::end(view)) {
        return std::unexpected(err_it->error());
    }

    return view | std::views::transform([](auto&& exp) { return exp.value(); })
                | std::ranges::to<std::vector<int>>();
}

三、额外提示 #

如果你的视图是基于临时容器生成的（比如直接传std::vector<int>{1,2,3} | ...），绝对不能返回视图，必须返回容器，否则调用者拿到的视图会立刻悬空。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jonah F