錯(cuò)誤是軟件中不可否認(rèn)的事實(shí)，所以 Rust 有一些處理出錯(cuò)情況的特性。在許多情況下，Rust 要求你承認(rèn)錯(cuò)誤的可能性，并在你的代碼編譯前采取一些行動(dòng)。這一要求使你的程序更加健壯，因?yàn)樗梢源_保你在將代碼部署到生產(chǎn)環(huán)境之前就能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

Rust 將錯(cuò)誤分為兩大類：可恢復(fù)的（recoverable）和 不可恢復(fù)的（unrecoverable）錯(cuò)誤。對(duì)于一個(gè)可恢復(fù)的錯(cuò)誤，比如文件未找到的錯(cuò)誤，我們很可能只想向用戶報(bào)告問(wèn)題并重試操作。不可恢復(fù)的錯(cuò)誤總是 bug 出現(xiàn)的征兆，比如試圖訪問(wèn)一個(gè)超過(guò)數(shù)組末端的位置，因此我們要立即停止程序。

大多數(shù)語(yǔ)言并不區(qū)分這兩種錯(cuò)誤，并采用類似異常這樣方式統(tǒng)一處理它們。Rust 沒(méi)有異常。相反，它有 Result<T, E> 類型，用于處理可恢復(fù)的錯(cuò)誤，還有 panic! 宏，在程序遇到不可恢復(fù)的錯(cuò)誤時(shí)停止執(zhí)行。本章首先介紹 panic! 調(diào)用，接著會(huì)講到如何返回 Result<T, E>。此外，我們將探討在決定是嘗試從錯(cuò)誤中恢復(fù)還是停止執(zhí)行時(shí)的注意事項(xiàng)。

1、用 panic! 處理不可恢復(fù)的錯(cuò)誤

突然有一天，代碼出問(wèn)題了，而你對(duì)此束手無(wú)策。對(duì)于這種情況，Rust 有 panic!宏。在實(shí)踐中有兩種方法造成 panic：執(zhí)行會(huì)造成代碼 panic 的操作（比如訪問(wèn)超過(guò)數(shù)組結(jié)尾的內(nèi)容）或者顯式調(diào)用 panic! 宏。這兩種情況都會(huì)使程序 panic。通常情況下這些 panic 會(huì)打印出一個(gè)錯(cuò)誤信息，展開(kāi)并清理?xiàng)?shù)據(jù)，然后退出。通過(guò)一個(gè)環(huán)境變量，你也可以讓 Rust 在 panic 發(fā)生時(shí)打印調(diào)用堆棧（call stack）以便于定位 panic 的原因。

對(duì)應(yīng) panic 時(shí)的棧展開(kāi)或終止

當(dāng)出現(xiàn) panic 時(shí)，程序默認(rèn)會(huì)開(kāi)始 展開(kāi)（unwinding），這意味著 Rust 會(huì)回溯棧并清理它遇到的每一個(gè)函數(shù)的數(shù)據(jù)，不過(guò)這個(gè)回溯并清理的過(guò)程有很多工作。另一種選擇是直接 終止（abort），這會(huì)不清理數(shù)據(jù)就退出程序。

那么程序所使用的內(nèi)存需要由操作系統(tǒng)來(lái)清理。如果你需要項(xiàng)目的最終二進(jìn)制文件越小越好，panic 時(shí)通過(guò)在 Cargo.toml 的 [profile] 部分增加 panic = 'abort'，可以由展開(kāi)切換為終止。例如，如果你想要在 release 模式中 panic 時(shí)直接終止：

[profile.release] panic = 'abort'

我們可以再程序中主動(dòng)拋出一個(gè)錯(cuò)誤，如下圖所示：

fn main() {
    panic!("error error error ...")
}

 運(yùn)行一下程序，會(huì)打印如下信息：

通過(guò)上圖可以知道：

第一行顯示的是程序代碼發(fā)生錯(cuò)誤的位置，main.rs 的第二行第五列開(kāi)始的。

第二行顯示的是panic!里面，我們自定義的錯(cuò)誤內(nèi)容。

第三行告訴我們可以使用 panic! 被調(diào)用的函數(shù)的 backtrace 來(lái)尋找代碼中出問(wèn)題的地方。

1.1 使用 panic! 的 backtrace

讓我們來(lái)看看另一個(gè)因?yàn)槲覀兇a中的 bug 引起的別的庫(kù)中 panic! 的例子，而不是直接的宏調(diào)用。示例如下所示：

fn main() {
    let arr = [10, 20, 30, 40, 50];
    arr[100];
}

這里嘗試訪問(wèn) vector 的第一百個(gè)元素（這里的索引是 99 因?yàn)樗饕龔?0 開(kāi)始），不過(guò)它只有三個(gè)元素。這種情況下 Rust 會(huì) panic。[] 應(yīng)當(dāng)返回一個(gè)元素，不過(guò)如果傳遞了一個(gè)無(wú)效索引，就沒(méi)有可供 Rust 返回的正確的元素。

C 語(yǔ)言中，嘗試讀取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后的值是未定義行為（undefined behavior）。你會(huì)得到任何對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中這個(gè)元素的內(nèi)存位置的值，甚至是這些內(nèi)存并不屬于這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況。這被稱為 緩沖區(qū)溢出（buffer overread），并可能會(huì)導(dǎo)致安全漏洞，比如攻擊者可以像這樣操作索引來(lái)讀取儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后不被允許的數(shù)據(jù)。

為了保護(hù)程序遠(yuǎn)離這類漏洞，如果嘗試讀取一個(gè)索引不存在的元素，Rust 會(huì)停止執(zhí)行并拒絕繼續(xù)。嘗試運(yùn)行上面的程序會(huì)出現(xiàn)如下：

報(bào)錯(cuò)：運(yùn)行時(shí)遇到panic錯(cuò)誤，在main.rs第三行第五列開(kāi)始，索引超過(guò)邊界，長(zhǎng)度為5，而索引值確實(shí)100。

讓我們將 RUST_BACKTRACE 環(huán)境變量設(shè)置為1 的值來(lái)獲取 backtrace 看看。

這是數(shù)組，報(bào)錯(cuò)比較簡(jiǎn)單，如果其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)我們可以看一下結(jié)果，例如：string

fn main() {
    let arr = String::from("hello");
    arr[100];
}

 打印結(jié)果如下所示：

這里有大量的輸出！你實(shí)際看到的輸出可能因不同的操作系統(tǒng)和 Rust 版本而有所不同。為了獲取帶有這些信息的 backtrace，必須啟用 debug 標(biāo)識(shí)。當(dāng)不使用 --release 參數(shù)運(yùn)行 cargo build 或 cargo run 時(shí) debug 標(biāo)識(shí)會(huì)默認(rèn)啟用，就像這里一樣。

在上圖中，我們可以看到報(bào)錯(cuò)具體的文件以及對(duì)應(yīng)的行號(hào)，下面還有rust程序報(bào)錯(cuò)更加詳細(xì)的原因，這樣可以更快的為我們解決問(wèn)題，提升自己的效率。

2、用 Result 處理可恢復(fù)的錯(cuò)誤

大部分錯(cuò)誤并沒(méi)有嚴(yán)重到需要程序完全停止執(zhí)行。有時(shí)候，一個(gè)函數(shù)失敗，僅僅就是因?yàn)橐粋€(gè)容易理解和響應(yīng)的原因。例如，如果因?yàn)榇蜷_(kāi)一個(gè)并不存在的文件而失敗，此時(shí)我們可能想要?jiǎng)?chuàng)建這個(gè)文件，而不是終止進(jìn)程。

Result 枚舉，它定義有如下兩個(gè)成員，Ok 和 Err：

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

T 和 E 是泛型類型參數(shù)；現(xiàn)在你需要知道的就是 T 代表成功時(shí)返回的 Ok 成員中的數(shù)據(jù)的類型，而 E 代表失敗時(shí)返回的 Err 成員中的錯(cuò)誤的類型。因?yàn)?nbsp;Result 有這些泛型類型參數(shù)，我們可以將 Result 類型和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中為其定義的函數(shù)用于很多不同的場(chǎng)景，這些情況中需要返回的成功值和失敗值可能會(huì)各不相同。

讓我們調(diào)用一個(gè)返回 Result 的函數(shù)，因?yàn)樗赡軙?huì)失?。嚎匆幌氯缦率纠?/p>

use std::fs::File;
fn main() {
    let file_result = File::open("hello.txt");
}

File::open 的返回值是 Result<T, E>。泛型參數(shù) T 會(huì)被 File::open 的實(shí)現(xiàn)放入成功返回值的類型 std::fs::File，這是一個(gè)文件句柄。錯(cuò)誤返回值使用的 E 的類型是 std::io::Error。這些返回類型意味著 File::open 調(diào)用可能成功并返回一個(gè)可以讀寫(xiě)的文件句柄。這個(gè)函數(shù)調(diào)用也可能會(huì)失?。豪?，也許文件不存在，或者可能沒(méi)有權(quán)限訪問(wèn)這個(gè)文件。File::open 函數(shù)需要一個(gè)方法在告訴我們成功與否的同時(shí)返回文件句柄或者錯(cuò)誤信息。這些信息正好是 Result 枚舉所代表的。

當(dāng) File::open 成功時(shí)，greeting_file_result 變量將會(huì)是一個(gè)包含文件句柄的 Ok 實(shí)例。當(dāng)失敗時(shí)，greeting_file_result 變量將會(huì)是一個(gè)包含了更多關(guān)于發(fā)生了何種錯(cuò)誤的信息的 Err 實(shí)例。

這里使用match表達(dá)式來(lái)處理結(jié)果：

 
fn main() {
    let file_result = File::open("hello.txt");
    let res = match file_result {
        Ok(file) => file,
        Err(err) => panic!("打開(kāi)文件發(fā)生錯(cuò)誤...{:?}", err),
    };
}

當(dāng)我們運(yùn)行以上代碼時(shí)，看一下輸出結(jié)果如何：

2.1 匹配不同的錯(cuò)誤 

上面的代碼不管 File::open 是因?yàn)槭裁丛蚴《紩?huì) panic!。我們真正希望的是對(duì)不同的錯(cuò)誤原因采取不同的行為：如果 File::open 因?yàn)槲募淮嬖诙?，我們希望?chuàng)建這個(gè)文件并返回新文件的句柄。如果 File::open 因?yàn)槿魏纹渌蚴?，例如沒(méi)有打開(kāi)文件的權(quán)限，我們可以通過(guò)不同分支把錯(cuò)誤提示的更加詳細(xì)。

fn main() {
    let file_result = File::open("hello.txt");
    match file_result {
        Ok(file) => file,
        Err(err) => match err.kind() {
            ErrorKind::NotFound => match File::create("hello.txt") {
                Ok(file) => file,
                Err(err) => panic!("創(chuàng)建文件失敗 {:?}", err),
            },
            other_error => panic!("其他錯(cuò)誤 {:?}", other_error),
        },
    };
}

File::open 返回的 Err 成員中的值類型 io::Error，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供的結(jié)構(gòu)體。這個(gè)結(jié)構(gòu)體有一個(gè)返回 io::ErrorKind 值的 kind 方法可供調(diào)用。io::ErrorKind 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的枚舉，它的成員對(duì)應(yīng) io 操作可能導(dǎo)致的不同錯(cuò)誤類型。我們感興趣的成員是 ErrorKind::NotFound，它代表嘗試打開(kāi)的文件并不存在。這樣，match 就匹配完 greeting_file_result 了，不過(guò)對(duì)于 error.kind() 還有一個(gè)內(nèi)層 match。

我們希望在內(nèi)層 match 中檢查的條件是 error.kind() 的返回值是否為 ErrorKind的 NotFound 成員。如果是，則嘗試通過(guò) File::create 創(chuàng)建文件。然而因?yàn)?nbsp;File::create 也可能會(huì)失敗，還需要增加一個(gè)內(nèi)層 match 語(yǔ)句。當(dāng)文件不能被打開(kāi)，會(huì)打印出一個(gè)不同的錯(cuò)誤信息。外層 match 的最后一個(gè)分支保持不變，這樣對(duì)任何除了文件不存在的錯(cuò)誤會(huì)使程序 panic。

2.2 失敗時(shí) panic 的簡(jiǎn)寫(xiě)：unwrap 和 expect

match 能夠勝任它的工作，不過(guò)它可能有點(diǎn)冗長(zhǎng)并且不總是能很好的表明其意圖。Result<T, E> 類型定義了很多輔助方法來(lái)處理各種情況。其中之一叫做 unwrap，它的實(shí)現(xiàn)就像上個(gè)示例中的 match 語(yǔ)句。如果 Result 值是成員 Ok，unwrap 會(huì)返回 Ok 中的值。如果 Result 是成員 Err，unwrap 會(huì)為我們調(diào)用 panic!。這里是一個(gè)實(shí)踐 unwrap 的例子：

fn main() {
    let file_result = File::open("hello.txt").unwrap();
}

運(yùn)行一下這個(gè)程序，看下對(duì)應(yīng)的輸出：

還有另一個(gè)類似于 unwrap 的方法它還允許我們選擇 panic! 的錯(cuò)誤信息：expect。使用 expect 而不是 unwrap 并提供一個(gè)好的錯(cuò)誤信息可以表明你的意圖并更易于追蹤 panic 的根源。expect 的語(yǔ)法看起來(lái)像這樣：

fn main() {
    let file_result = File::open("hello.txt").expect("沒(méi)有讀取到文件");
}

expect 與 unwrap 的使用方式一樣：返回文件句柄或調(diào)用 panic! 宏。expect 在調(diào)用 panic! 時(shí)使用的錯(cuò)誤信息將是我們傳遞給 expect 的參數(shù)，而不像 unwrap 那樣使用默認(rèn)的 panic! 信息。它看起來(lái)像這樣：

在生產(chǎn)級(jí)別的代碼中，大部分 Rustaceans 選擇 expect 而不是 unwrap 并提供更多關(guān)于為何操作期望是一直成功的上下文。

2.3 傳播錯(cuò)誤

當(dāng)編寫(xiě)一個(gè)其實(shí)先會(huì)調(diào)用一些可能會(huì)失敗的操作的函數(shù)時(shí)，除了在這個(gè)函數(shù)中處理錯(cuò)誤外，還可以選擇讓調(diào)用者知道這個(gè)錯(cuò)誤并決定該如何處理。這被稱為 傳播（propagating）錯(cuò)誤，這樣能更好的控制代碼調(diào)用，因?yàn)楸绕鹉愦a所擁有的上下文，調(diào)用者可能擁有更多信息或邏輯來(lái)決定應(yīng)該如何處理錯(cuò)誤。

例如，示例 9-6 展示了一個(gè)從文件中讀取用戶名的函數(shù)。如果文件不存在或不能讀取，這個(gè)函數(shù)會(huì)將這些錯(cuò)誤返回給調(diào)用它的代碼：

fn main() {
    fn read_file() -> Result<String, io::Error> {
        let file_result = File::open("hello.txt");
        let v = String::from("open file success ...");
        match file_result {
            Ok(_) => Ok(v),
            Err(err) => Err(err),
        }
    }
    let res = read_file();
    print!("{:?}", res)
}

這個(gè)函數(shù)可以編寫(xiě)成更加簡(jiǎn)短的形式，不過(guò)我們以大量手動(dòng)處理開(kāi)始以便探索錯(cuò)誤處理；在最后我們會(huì)展示更短的形式。讓我們看看函數(shù)的返回值：Result<String, io::Error>。這意味著函數(shù)返回一個(gè) Result<T, E> 類型的值，其中泛型參數(shù) T 的具體類型是 String，而 E 的具體類型是 io::Error。

如果這個(gè)函數(shù)沒(méi)有出任何錯(cuò)誤成功返回，函數(shù)的調(diào)用者會(huì)收到一個(gè)包含 String 的 Ok 值 —— 函數(shù)從文件中讀取到的用戶名。如果函數(shù)遇到任何錯(cuò)誤，函數(shù)的調(diào)用者會(huì)收到一個(gè) Err 值，它儲(chǔ)存了一個(gè)包含更多這個(gè)問(wèn)題相關(guān)信息的 io::Error 實(shí)例。

到此這篇關(guān)于探索 Rust 中實(shí)用的錯(cuò)誤處理技巧的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Rust 錯(cuò)誤處理內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論