C++ expected | "에러 처리" 가이드

· 11분 읽기 · 수정 고급 튜토리얼
C++ expected | "에러 처리" 가이드

이 글의 핵심

std::expected 는 C++23에서 도입된 성공 또는 에러를 표현하는 타입입니다. 함수가 값을 반환하거나 에러를 반환할 수 있음을 명시적으로 표현하며, 예외를 던지지 않고도 에러를 처리할 수 있습니다.

expected란?

std::expected 는 C++23에서 도입된 성공 또는 에러를 표현하는 타입입니다. 함수가 값을 반환하거나 에러를 반환할 수 있음을 명시적으로 표현하며, 예외를 던지지 않고도 에러를 처리할 수 있습니다.

#include <expected>

std::expected<int, std::string> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        return std::unexpected{"0으로 나눌 수 없음"};
    }
    return a / b;
}

왜 필요한가?:

  • 명시적 에러 처리: 함수 시그니처에 에러 가능성 표시
  • 성능: 예외보다 빠름 (스택 언와인딩 없음)
  • 타입 안전: 에러 타입을 컴파일 타임에 확인
  • 조합 가능: and_then, transform 등으로 체이닝
// ❌ 예외: 에러 가능성이 시그니처에 표시되지 않음
int divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw std::runtime_error("0으로 나눌 수 없음");
    }
    return a / b;
}
// 호출자는 예외를 던질 수 있다는 것을 알 수 없음

// ✅ expected: 에러 가능성이 명시적
std::expected<int, std::string> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        return std::unexpected{"0으로 나눌 수 없음"};
    }
    return a / b;
}
// 호출자는 에러를 처리해야 함을 알 수 있음

expected의 구조:

// 개념적 구현
template<typename T, typename E>
class expected {
    union {
        T value_;
        E error_;
    };
    bool hasValue_;
    
public:
    expected(const T& value) : value_(value), hasValue_(true) {}
    expected(std::unexpected<E> error) : error_(error.value()), hasValue_(false) {}
    
    bool has_value() const { return hasValue_; }
    
    T& value() {
        if (!hasValue_) {
            throw std::bad_expected_access(error_);
        }
        return value_;
    }
    
    E& error() {
        return error_;
    }
};

expected vs 예외 비교:

특징예외std::expected
에러 표시❌ 암묵적✅ 명시적
성능느림 (스택 언와인딩)빠름
타입 안전❌ 약함✅ 강함
체이닝❌ 어려움✅ 쉬움
사용 시점예외적 상황일반적 에러
// 예외: 예외적 상황
void allocate(size_t size) {
    if (size > MAX_SIZE) {
        throw std::bad_alloc();  // 드문 상황
    }
}

// expected: 일반적 에러
std::expected<int, std::string> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        return std::unexpected{"0으로 나눌 수 없음"};  // 흔한 상황
    }
    return a / b;
}

기본 사용

#include <expected>

std::expected<int, std::string> result = divide(10, 2);

// 성공 확인
if (result) {
    std::cout << "결과: " << result.value() << std::endl;
} else {
    std::cout << "에러: " << result.error() << std::endl;
}

실전 예시

예시 1: 파일 읽기

#include <expected>
#include <fstream>
#include <string>

enum class FileError {
    NotFound,
    PermissionDenied,
    ReadError
};

std::expected<std::string, FileError> readFile(const std::string& path) {
    std::ifstream file{path};
    
    if (!file) {
        return std::unexpected{FileError::NotFound};
    }
    
    std::string content;
    if (!std::getline(file, content, '\0')) {
        return std::unexpected{FileError::ReadError};
    }
    
    return content;
}

int main() {
    auto result = readFile("data.txt");
    
    if (result) {
        std::cout << "내용: " << *result << std::endl;
    } else {
        switch (result.error()) {
            case FileError::NotFound:
                std::cout << "파일 없음" << std::endl;
                break;
            case FileError::ReadError:
                std::cout << "읽기 실패" << std::endl;
                break;
        }
    }
}

예시 2: 체이닝

#include <expected>

std::expected<int, std::string> parseAndValidate(const std::string& str) {
    return parseInt(str)
        .and_then( -> std::expected<int, std::string> {
            if (x < 0) {
                return std::unexpected{"음수 불가"};
            }
            return x;
        })
        .and_then( -> std::expected<int, std::string> {
            if (x > 100) {
                return std::unexpected{"100 초과"};
            }
            return x;
        });
}

int main() {
    auto result = parseAndValidate("50");
    
    if (result) {
        std::cout << "유효: " << *result << std::endl;
    } else {
        std::cout << "에러: " << result.error() << std::endl;
    }
}

예시 3: 변환

#include <expected>

std::expected<int, std::string> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        return std::unexpected{"0으로 나눌 수 없음"};
    }
    return a / b;
}

int main() {
    auto result = divide(10, 2)
        .transform( { return x * 2; })  // 성공 시 변환
        .or_else( {    // 에러 시 처리
            std::cout << "에러: " << err << std::endl;
            return std::expected<int, std::string>{0};
        });
    
    std::cout << "결과: " << result.value() << std::endl;
}

예시 4: 복합 에러

#include <expected>
#include <variant>

enum class ErrorCode {
    NetworkError,
    ParseError,
    ValidationError
};

struct Error {
    ErrorCode code;
    std::string message;
};

std::expected<int, Error> fetchAndParse(const std::string& url) {
    auto response = fetch(url);
    if (!response) {
        return std::unexpected{Error{ErrorCode::NetworkError, "연결 실패"}};
    }
    
    auto parsed = parse(*response);
    if (!parsed) {
        return std::unexpected{Error{ErrorCode::ParseError, "파싱 실패"}};
    }
    
    if (*parsed < 0) {
        return std::unexpected{Error{ErrorCode::ValidationError, "음수 불가"}};
    }
    
    return *parsed;
}

값 접근

std::expected<int, std::string> result = divide(10, 2);

// has_value
if (result.has_value()) {
    std::cout << result.value() << std::endl;
}

// bool 변환
if (result) {
    std::cout << *result << std::endl;
}

// value_or
int val = result.value_or(0);

// error
if (!result) {
    std::cout << result.error() << std::endl;
}

자주 발생하는 문제

문제 1: 예외

std::expected<int, std::string> result = divide(10, 0);

// ❌ 에러 시 예외
try {
    int val = result.value();  // std::bad_expected_access
} catch (const std::bad_expected_access<std::string>& e) {
    std::cout << "에러: " << e.error() << std::endl;
}

// ✅ 확인 후 접근
if (result) {
    int val = *result;
}

문제 2: void 타입

// 성공만 표시
std::expected<void, std::string> execute() {
    if (error) {
        return std::unexpected{"실행 실패"};
    }
    return {};  // 성공
}

int main() {
    auto result = execute();
    
    if (result) {
        std::cout << "성공" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "에러: " << result.error() << std::endl;
    }
}

문제 3: 에러 타입

// 간단한 에러
std::expected<int, std::string> result1;

// 구조화된 에러
struct Error {
    int code;
    std::string message;
};
std::expected<int, Error> result2;

// enum 에러
enum class ErrorCode { NotFound, Invalid };
std::expected<int, ErrorCode> result3;

문제 4: 성능

// expected는 예외보다 빠름
// - 스택 언와인딩 없음
// - 인라인 가능

// 하지만 반환 값 크기 증가
// sizeof(expected<T, E>) >= sizeof(T) + sizeof(E)

예외 vs expected

// 예외
int divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw std::runtime_error("0으로 나눌 수 없음");
    }
    return a / b;
}

// expected
std::expected<int, std::string> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        return std::unexpected{"0으로 나눌 수 없음"};
    }
    return a / b;
}

// expected 장점:
// - 명시적 에러 처리
// - 성능 (예외보다 빠름)
// - 타입 안전

실무 패턴

패턴 1: 파이프라인 처리

std::expected<int, std::string> parseInt(const std::string& str) {
    try {
        return std::stoi(str);
    } catch (...) {
        return std::unexpected{"파싱 실패"};
    }
}

std::expected<int, std::string> validateRange(int value) {
    if (value < 0 || value > 100) {
        return std::unexpected{"범위 초과: 0-100"};
    }
    return value;
}

std::expected<int, std::string> doubleValue(int value) {
    return value * 2;
}

// 파이프라인
auto result = parseInt("50")
    .and_then(validateRange)
    .and_then(doubleValue);

if (result) {
    std::cout << "결과: " << *result << '\n';  // 100
} else {
    std::cout << "에러: " << result.error() << '\n';
}

패턴 2: 다중 에러 타입

enum class NetworkError {
    ConnectionFailed,
    Timeout,
    InvalidResponse
};

enum class ParseError {
    InvalidFormat,
    MissingField
};

using Error = std::variant<NetworkError, ParseError>;

std::expected<std::string, Error> fetchData(const std::string& url) {
    // 네트워크 요청
    if (connectionFailed) {
        return std::unexpected{NetworkError::ConnectionFailed};
    }
    
    // 파싱
    if (invalidFormat) {
        return std::unexpected{ParseError::InvalidFormat};
    }
    
    return data;
}

// 사용
auto result = fetchData("https://api.example.com");
if (!result) {
    std::visit(overloaded{
         {
            std::cout << "네트워크 에러\n";
        },
         {
            std::cout << "파싱 에러\n";
        }
    }, result.error());
}

패턴 3: 에러 복구

std::expected<int, std::string> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        return std::unexpected{"0으로 나눌 수 없음"};
    }
    return a / b;
}

// 에러 시 기본값 또는 대체 로직
auto result = divide(10, 0)
    .or_else( -> std::expected<int, std::string> {
        std::cerr << "에러 발생: " << err << ", 기본값 사용\n";
        return 0;  // 기본값
    })
    .transform( {
        return x * 2;  // 성공 시 변환
    });

std::cout << "결과: " << *result << '\n';  // 0

FAQ

Q1: expected는 무엇인가요?

A: C++23의 성공 또는 에러를 표현하는 타입입니다. 함수가 값 또는 에러를 반환할 수 있음을 명시적으로 표현합니다.

std::expected<int, std::string> result = divide(10, 2);

if (result) {
    std::cout << "성공: " << *result << '\n';
} else {
    std::cout << "에러: " << result.error() << '\n';
}

Q2: 예외와 어떤 차이가 있나요?

A:

  • 명시적 에러: 함수 시그니처에 에러 타입 표시
  • 성능: 예외보다 빠름 (스택 언와인딩 없음)
  • 타입 안전: 에러 타입을 컴파일 타임에 확인
  • 조합 가능: and_then, transform 등으로 체이닝
// 예외: 암묵적, 느림
int divide(int a, int b) {
    if (b == 0) throw std::runtime_error("에러");
    return a / b;
}

// expected: 명시적, 빠름
std::expected<int, std::string> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) return std::unexpected{"에러"};
    return a / b;
}

Q3: 값에 어떻게 접근하나요?

A:

  • value(): 값 접근 (에러 시 예외)
  • *: 값 접근 (에러 시 UB)
  • value_or(default): 값 또는 기본값
  • error(): 에러 접근
std::expected<int, std::string> result = divide(10, 2);

// 방법 1: value() (안전, 예외)
try {
    int x = result.value();
} catch (const std::bad_expected_access<std::string>& e) {
    std::cout << "에러: " << e.error() << '\n';
}

// 방법 2: * (빠름, 위험)
if (result) {
    int x = *result;
}

// 방법 3: value_or() (안전, 기본값)
int x = result.value_or(0);

// 에러 접근
if (!result) {
    std::cout << result.error() << '\n';
}

Q4: 체이닝은 어떻게 하나요?

A: and_then, transform, or_else 를 사용합니다.

auto result = parseInt("50")
    .and_then( -> std::expected<int, std::string> {
        if (x < 0) return std::unexpected{"음수 불가"};
        return x;
    })
    .transform( {
        return x * 2;  // 성공 시 변환
    })
    .or_else( -> std::expected<int, std::string> {
        std::cerr << "에러: " << err << '\n';
        return 0;  // 에러 시 기본값
    });

Q5: expected<void, E>는 가능한가요?

A: 가능합니다. 성공/실패만 표시하고 값은 반환하지 않을 때 사용합니다.

std::expected<void, std::string> execute() {
    if (error) {
        return std::unexpected{"실행 실패"};
    }
    return {};  // 성공
}

auto result = execute();
if (result) {
    std::cout << "성공\n";
} else {
    std::cout << "에러: " << result.error() << '\n';
}

Q6: expected의 성능은?

A: 예외보다 빠릅니다. 스택 언와인딩이 없고 인라인 가능하지만, 반환 값 크기가 증가합니다.

// expected 크기
sizeof(std::expected<int, std::string>)
// >= sizeof(int) + sizeof(std::string) + 1 (bool)

// 성능 비교 (벤치마크)
// 예외: 10,000 ns/op (에러 발생 시)
// expected: 5 ns/op (에러 발생 시)

권장: 일반적 에러는 expected, 예외적 상황은 예외

Q7: expected는 언제 사용하나요?

A:

  • 일반적 에러: 파싱 실패, 파일 없음, 유효성 검증 실패
  • 성능 중요: 핫 패스에서 에러 처리
  • 명시적 에러: 에러 타입을 명확히 표시
  • 함수형 스타일: 체이닝으로 에러 처리
// 일반적 에러: expected
std::expected<int, std::string> parseInt(const std::string& str);

// 예외적 상황: 예외
void allocate(size_t size) {
    if (size > MAX_SIZE) {
        throw std::bad_alloc();
    }
}

Q8: expected 학습 리소스는?

A:

관련 글: optional, variant, error-handling.

한 줄 요약: std::expected는 성공 또는 에러를 명시적으로 표현하는 C++23 타입입니다.

같이 보면 좋은 글 (내부 링크)

이 주제와 연결되는 다른 글입니다.

  • C++ Optional 완벽 가이드 | nullopt·value_or·C++23 모나딕 연산·성능·실전 패턴
  • C++ 남들보다 먼저 써보는 C++23 핵심 기능 [#37-1]
  • C++ 최신 기능 | “C++17/20/23” 핵심 정리

관련 글

  • C++ 최신 기능 |
  • C++ Optional 완벽 가이드 | nullopt·value_or·C++23 모나딕 연산·성능·실전 패턴
  • C++ 남들보다 먼저 써보는 C++23 핵심 기능 [#37-1]
  • C++23 핵심 기능 완벽 가이드 | std::expected·mdspan
  • Swift 에러 처리 | do-catch, throw, Result