Rust 錯誤處理

Rust 有一套獨特的處理異常情況的機制，它并不像其它語言中的 try 機制那樣簡單。

首先，程序中一般會出現(xiàn)兩種錯誤：可恢復錯誤和不可恢復錯誤。

可恢復錯誤的典型案例是文件訪問錯誤，如果訪問一個文件失敗，有可能是因為它正在被占用，是正常的，我們可以通過等待來解決。

但還有一種錯誤是由編程中無法解決的邏輯錯誤導致的，例如訪問數(shù)組末尾以外的位置。

大多數(shù)編程語言不區(qū)分這兩種錯誤，并用 Exception （異常）類來表示錯誤。在 Rust 中沒有 Exception。

對于可恢復錯誤用 Result<T, E> 類來處理，對于不可恢復錯誤使用 panic! 宏來處理。

不可恢復錯誤

本章以前沒有專門介紹 Rust 宏的語法，但已經(jīng)使用過了 println! 宏，因為這些宏的使用較為簡單，所以暫時不需要徹底掌握它，我們可以用同樣的方法先學會使用 panic! 宏的使用方法。

fn main() {
    panic!("error occured");
    println!("Hello, Rust");
}

運行結(jié)果：

thread 'main' panicked at 'error occured', src\main.rs:3:5
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace.

很顯然，程序并不能如約運行到 println!("Hello, Rust") ，而是在 panic! 宏被調(diào)用時停止了運行。

不可恢復的錯誤一定會導致程序受到致命的打擊而終止運行。

讓我們注視錯誤輸出的兩行：

• 第一行輸出了 panic! 宏調(diào)用的位置以及其輸出的錯誤信息。

• 第二行是一句提示，翻譯成中文就是"通過 `RUST_BACKTRACE=1` 環(huán)境變量運行以顯示回溯"。接下來我們將介紹回溯(backtrace)。

緊接著剛才的實例，我們在 VSCode 中新建一個終端：

在新建的終端里設置環(huán)境變量（不同的終端方法不同，這里介紹兩種主要的方法）：

如果在 Windows 7 及以上的 Windows 系統(tǒng)版本中，默認使用的終端命令行是 Powershell，請使用以下命令：

$env:RUST_BACKTRACE=1 ; cargo run

如果你使用的是 Linux 或 macOS 等 UNIX 系統(tǒng)，一般情況下默認使用的是 bash 命令行，請使用以下命令：

RUST_BACKTRACE=1 cargo run

然后，你會看到以下文字：

thread 'main' panicked at 'error occured', src\main.rs:3:5
stack backtrace:
  ...
  11: greeting::main
             at .\src\main.rs:3
  ...

回溯是不可恢復錯誤的另一種處理方式，它會展開運行的棧并輸出所有的信息，然后程序依然會退出。上面的省略號省略了大量的輸出信息，我們可以找到我們編寫的 panic! 宏觸發(fā)的錯誤。

可恢復的錯誤

此概念十分類似于 Java 編程語言中的異常。實際上在 C 語言中我們就常常將函數(shù)返回值設置成整數(shù)來表達函數(shù)遇到的錯誤，在 Rust 中通過 Result<T, E> 枚舉類作返回值來進行異常表達：

enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}

在 Rust 標準庫中可能產(chǎn)生異常的函數(shù)的返回值都是 Result 類型的。例如：當我們嘗試打開一個文件時：

use std::fs::File;

fn main() {
    let f = File::open("hello.txt");
    match f {
        Ok(file) => {
            println!("File opened successfully.");
        },
        Err(err) => {
            println!("Failed to open the file.");
        }
    }
}

如果 hello.txt 文件不存在，會打印 "Failed to open the file."。

當然，我們在枚舉類章節(jié)講到的 if let 語法可以簡化 match 語法塊：

use std::fs::File;

fn main() {
    let f = File::open("hello.txt");
    if let Ok(file) = f {
        println!("File opened successfully.");
    } else {
        println!("Failed to open the file.");
    }
}

如果想使一個可恢復錯誤按不可恢復錯誤處理，Result 類提供了兩個辦法：unwrap() 和 expect(message: &str) ：

use std::fs::File;

fn main() {
    let f1 = File::open("hello.txt").unwrap();
    let f2 = File::open("hello.txt").expect("Failed to open.");
}

這段程序相當于在 Result 為 Err 時調(diào)用 panic! 宏。兩者的區(qū)別在于 expect 能夠向 panic! 宏發(fā)送一段指定的錯誤信息。

可恢復的錯誤的傳遞

之前所講的是接收到錯誤的處理方式，但是如果我們自己編寫一個函數(shù)在遇到錯誤時想傳遞出去怎么辦呢？

fn f(i: i32) -> Result<i32, bool> {
    if i >= 0 { Ok(i) }
    else { Err(false) }
}

fn main() {
    let r = f(10000);
    if let Ok(v) = r {
        println!("Ok: f(-1) = {}", v);
    } else {
        println!("Err");
    }
}

運行結(jié)果：

Ok: f(-1) = 10000

這段程序中函數(shù) f 是錯誤的根源，現(xiàn)在我們再寫一個傳遞錯誤的函數(shù) g ：

fn g(i: i32) -> Result<i32, bool> {
    let t = f(i);
    return match t {
        Ok(i) => Ok(i),
        Err(b) => Err(b)
    };
}

函數(shù) g 傳遞了函數(shù) f 可能出現(xiàn)的錯誤（這里的 g 只是一個簡單的實例，實際上傳遞錯誤的函數(shù)一般還包含很多其它操作）。

這樣寫有些冗長，Rust 中可以在 Result 對象后添加 ? 操作符將同類的 Err 直接傳遞出去：

fn f(i: i32) -> Result<i32, bool> {
    if i >= 0 { Ok(i) }
    else { Err(false) }
}

fn g(i: i32) -> Result<i32, bool> {
    let t = f(i)?;
    Ok(t) // 因為確定 t 不是 Err, t 在這里已經(jīng)是 i32 類型
}

fn main() {
    let r = g(10000);
    if let Ok(v) = r {
        println!("Ok: g(10000) = {}", v);
    } else {
        println!("Err");
    }
}

運行結(jié)果：

Ok: g(10000) = 10000

? 符的實際作用是將 Result 類非異常的值直接取出，如果有異常就將異常 Result 返回出去。所以，? 符僅用于返回值類型為 Result<T, E> 的函數(shù)，其中 E 類型必須和 ? 所處理的 Result 的 E 類型一致。

kind 方法

到此為止，Rust 似乎沒有像 try 塊一樣可以令任何位置發(fā)生的同類異常都直接得到相同的解決的語法，但這樣并不意味著 Rust 實現(xiàn)不了：我們完全可以把 try 塊在獨立的函數(shù)中實現(xiàn)，將所有的異常都傳遞出去解決。實際上這才是一個分化良好的程序應當遵循的編程方法：應該注重獨立功能的完整性。

但是這樣需要判斷 Result 的 Err 類型，獲取 Err 類型的函數(shù)是 kind()。

use std::io;
use std::io::Read;
use std::fs::File;

fn read_text_from_file(path: &str) -> Result<String, io::Error> {
    let mut f = File::open(path)?;
    let mut s = String::new();
    f.read_to_string(&mut s)?;
    Ok(s)
}

fn main() {
    let str_file = read_text_from_file("hello.txt");
    match str_file {
        Ok(s) => println!("{}", s),
        Err(e) => {
            match e.kind() {
                io::ErrorKind::NotFound => {
                    println!("No such file");
                },
                _ => {
                    println!("Cannot read the file");
                }
            }
        }
    }
}

運行結(jié)果：

No such file