C++でもRustのResultが使いたい

C++MIX #4の発表スライド

1. Mitama.Result v2 C++でもResultが使いたい
2. 自己紹介  主にTwitterに生息しています @mitama_rs  仕事でC++17でなんかやってます  その前は高校で理科を教えていた
3. 例外じゃない エラーハンドリングほしくない？  標準化委員会でもstd::expectedとかの提案があるが  まってらんねえ  Boost.Outcomeもあるが  モナディック関数がないやつは僕の欲しいものじゃない  いつものようにマイライブラリでなんとかする（）
4. RustのResult<T, E>  Rustのエラーハンドリングで使われる型  成功を表し値を含むOk（T）  およびエラーを表しエラー値を含むErr（E）  の列挙型（代数的データ型）  正常値も異常値も両方運搬できる  エラーメッセージも運搬できる
5. Mitama.Result v2  https://github.com/LoliGothick/mitama-cpp-result  Resultの主要なAPIをほとんど再現したC++17のライブラリ  サポートコンパイラは  gcc-8.3  gcc-9.1  clang-7  clang-8  依存ライブラリ（Boost）  Hana, Variant, Optional, Format
6. クラス宣言 enum class mutability: bool { mut = false, immut = true, }; template <mutability, // mutability specification class = std::monostate, // success type class = std::monostate, // failure type class = decltype(nullptr) // for detection idiom > class basic_result;
7. ミュータビリティ  ミュータビリティが型に埋め込まれいる（正直やりすぎ感ある）  内部で保持する値へのアクセスの制御に使われている  利用者はシノニムを利用する /// alias template for immutable result template <class T = std::monostate, class E = std::monostate> using result = basic_result<mutability::immut, T, E>; /// alias template for mutable result template <class T = std::monostate, class E = std::monostate> using mut_result = basic_result<mutability::mut, T, E>;
8. resultの構築  success, failureというfactoryクラスから作れる  関数からresultを返す場合も result<str, str> res(success<str>{"foo"}); result<str, str> res(failure<str>{"foo"}); auto func(bool b) -> result<str, str> { if (b) { return success{"foo"}; } else { return failure{"bar"}; } }
9. おしらせ  以降  正常値の型をTとします  異常値の型をEとします  幅節約のためstd::stringのエイリアスとしてstrを使います
10. APIs Observers
11. is_ok(), is_err()  それぞれ正常値・異常値を保持しているかをboolで返す result<str, str> res(success<str>{"foo"}); res.is_ok(); // true res.is_err(); // false result<str, str> res(failure<str>{"foo"}); res.is_ok(); // false res.is_err(); // true
12. ok(), err()  それぞれ正常値・異常値をboost::optionalで取得できる result<int, int> res(success{42}); res.ok(); // Some(42) res.err(); // None result<int, int> res(failure{42}); res.ok(); // None res.err(); // Some(42)
13. unwrap(), unwrap_err()  それぞれ正常値・異常値を取り出す  値を持っていなければ例外を送出する result<int, int> res(success{42}); res.unwrap(); // 42 res.unwrap_err(); // raise the exception `mitama::runtime_panic` result<int, int> res(failure{42}); res.unwrap(); // raise the exception `mitama::runtime_panic` res.unwrap_err(); // 42
14. unwrap_or(T optb)  正常値を取り出す  値を持っていなければ指定された値optbを返す result<int, int> res(success{42}); res.unwrap_or(57); // 42 result<int, int> res(failure{42}); res.unwrap_or(57); // 57
15. unwrap_or_else(F func) F: E -> T  正常値を取り出す  異常値errを持っていなければfunc(err)を返す  遅延評価したいときに使う  引数なしで呼べる場合はなしで呼ぶ result<int, str> res(success{42}); res.unwrap_or_else([](int err){ return err.length(); }); // 42 result<int, int> res(failure{42}); res.unwrap_or_else([]{ return 57; }); // 57
16. unwrap_or_default()  正常値を取り出す  値を持っていなければ指定された値を返す  正常型がデフォルトコンストラクション可能かアグリゲートである必要がある result<int, int> res(success{42}); res.unwrap_or_default(); // 42 result<int, int> res(failure{42}); res.unwrap_or_default(); // 0
17. expect(string_view msg)  unwrap()の亜種で例外のメッセージに含める文字列を指定できりゅ result<int, int> res(failure{42}); auto ok = res.expect("foo"); // panicked at 'foo: failure(42)' result<int, int> res(failure{42}); auto ok = res.unwrap(); // panicked at 'called `result::unwrap()` on a value: failure(42)'
18. expect_err(string_view msg)  unwrap_err()の亜種で例外のメッセージに含める文字列を指定できりゅ result<int, int> res(success{42}); auto err = res.expect_err("foo"); // panicked at 'foo: success(42)' result<int, int> res(success{42}); auto err = res.unwrap_err(); // panicked at 'called `result::unwrap_err()` on a value: success(42)'
19. APIs Monadic functions
20. map(op) op: T -> U  正常値okを持っているとき場合、op(ok) を適用しresult<U, E>として返す  異常値を持っていた場合はそれをresult<U, E>として返す result<int, int> res(success{42}); res.map([](auto ok){ return ok + 1; }); // success(43) result<int, int> res(failure{42}); res.map([](auto ok){ return ok + 1; }); // failure(42)
21. map_err(op) op: E -> F  異常値errを持っているとき場合、op(err) を適用しresult<T, F>として返す  正常値を持っていた場合はそれをresult<T, F>として返す result<int, int> res(success{42}); res.map_err([](auto err){ return err - 1; }); // success(42) result<int, int> res(failure{42}); res.map_err([](auto err){ return err - 1; }); // failure(41)
22. and_then(op) op: T -> result<U, E>  正常値を持っているとき、更に失敗する可能性のある関数へチェインする result<int, int> res(success{41}); res.and_then([](auto ok) -> result<int, int> { if ( ok % 2 == 0 ) return success{ok+1}; else return failure{ok}; // ここを通る }); // failure(41)
23. or_else(op) op: E -> result<T, F>  異常値を持っているとき、更に失敗する可能性のある関数へチェインする result<int, int> res(failure{42}); res.or_else([](auto ok) -> result<int, int> { if ( ok % 2 == 0 ) return success{ok+1}; else return failure{ok}; }); // success(43)
24. 参照のResult
25. 参照のResult  result< T&, E& >  内部ではBoost.VariantとBoost.Optionalを利用  ライフタイム安全性を考慮してdangling<T>を導入（後述）
26. 参照のResult  mutabilityは保持する値のアクセスでも伝搬する str hoge = "foo"; mut_result<str&, str&> res(success<str&>{hoge}); res.unwrap() = "bar"; // now hoge == "bar" result <str&, str&> res(success<str&>{hoge}); // Error: immutable result’s unwrap returns const reference res.unwrap() = "bar";
27. as_ref()  Resultの参照を参照のResultに変換する  Resultが内部に持っている値のconstな参照を持つResultを作れる result<str, str> res(success{"bar"}); res.as_ref(); // new result, containing a const reference into the original
28. as_mut()  Resultのミュータブルな参照をミュータブルな参照のResultに変換する  Resultが内部に持っている値の参照を持つResultを作れる mut_result<str, str> res(success{"foo"}); res .as_mut() // new result, containing a reference into the original .unwrap() = "bar"; // now res contains a successful value "bar"
29. indirect()  要素型をデリファレンスした型の参照のResultを作る  result＜T*, E*＞ => result＜T, E＞  (T ok, E err) に対して { *ok, *err } という操作が要求されりゅ using vec_iter = typename std::vector<int>::iterator; std::vector<int> vec{1, 2, 3}; mut_result<vec_iter, vec_iter> res(success<vec_iter>{vec.begin()}); auto indirect = res.indirect(); // indirect: `mut_result<int&, int&>` auto& ref = indirect.unwrap(); ref = 42;
30. indirect_ok()  success型をデリファレンスした型の参照のResultを作る  result＜T*, E＞ => result＜T, E＞  (T ok) に対して { *ok } という操作が要求されりゅ using vec_iter = typename std::vector<int>::iterator; std::vector<int> vec{1, 2, 3}; mut_result<vec_iter, int> res(success<vec_iter>{vec.begin()}); auto indirect = res.indirect_ok(); // indirect: `mut_result<int&, int>` auto& ref = indirect.unwrap(); ref = 42;
31. indirect_err()  failure型をデリファレンスした型の参照のResultを作る  result＜T, E*＞ => result＜T, E＞  (E err) に対して { *err } という操作が要求されりゅ using vec_iter = typename std::vector<int>::iterator; std::vector<int> vec{1, 2, 3}; mut_result<int, vec_iter> res(failure<vec_iter>{vec.begin()}); auto indirect = res.indirect_err(); // indirect: `mut_result<int&, int>` auto& ref = indirect.unwrap(); ref = 42;
32. ライフタイムについて  右辺値のresultで内部を参照して場合、寿命切れている可能性がる using vec = std::vector<int>; mut_result<vec, vec>(success{vec{1, 2, 3}}) .as_mut() .unwrap() // undefined behavior!
33. dangling<T>  右辺値のresultの内部を参照した場合  dangling<std::reference_wrapper<T>>（ dangle_ref ）ができる using vec = std::vector<int>; mut_result<vec, vec>(success{vec{1, 2, 3}}) .as_mut(); // returns `mut_result<dangle_ref<vec>, dangle_ref<vec>>`
34. dangling::transmute()  参照が生きていることを確信する場合は明示的に中身を取り出す using vec = std::vector<int>; vec v{1, 2, 3}; mut_result<vec&, vec&>(success<vec&>{v}) .unwrap() // `mut_result<dangle_ref<vec>, dangle_ref<vec>>` .transmute(); // get `vec&`
35. さいごに  Rustの？に相当する操作がないので使いにくい  match式もないし、作ったとしても網羅検査がないので心もとない  でもなにもないよりはだいぶまし  使ってみてフィードバックほしい