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Rust处理错误的实现方法

2023-03-30 09:00:09 作者：zy010101

程序在运行的过程中，总是会不可避免地产生错误，而如何优雅地解决错误，也是语言的设计哲学之一。本文就来和大家来了Rust是如何处理错误的，感兴趣的可以了解一下

错误处理

Rust 中的错误主要分为两类：

可恢复错误，通常用于从系统全局角度来看可以接受的错误，例如处理用户的访问、操作等错误，这些错误只会影响某个用户自身的操作进程，而不会对系统的全局稳定性产生影响
不可恢复错误，刚好相反，该错误通常是全局性或者系统性的错误，例如数组越界访问，系统启动时发生了影响启动流程的错误等等，这些错误的影响往往对于系统来说是致命的

不可恢复错误

不可恢复错误通常是非常严重的，例如：程序一开始读取配置文件失败或者连接数据库失败，诸如此类导致程序运行发生致命错误的，可以使用不可恢复错误。在rust中，触发不可恢复错误使用panic即可。

触发panic可以分为被动触发和主动调用两种方式。

被动触发

下面是一个被动触发panic的例子。

fn main() {
    let v = vec![1, 2, 3];
    v[99];
}

这段代码由于数组越界访问，导致被动触发了panic。错误信息如下所示：

thread 'main' panicked at 'index out of bounds: the len is 3 but the index is 99', src/main.rs:4:5
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace

backtrace栈展开

可以注意到上面的note提示我们在run的时候使用RUST_BACKTRACE=1来进行栈回溯，它包含了函数调用的顺序。例如：

RUST_BACKTRACE=1 cargo run

执行以后输出的错误如下所示：

thread 'main' panicked at 'index out of bounds: the len is 3 but the index is 99', src/main.rs:4:5
stack backtrace:
0: rust_begin_unwind
at /rustc/fc594f15669680fa70d255faec3ca3fb507c3405/library/std/src/panicking.rs:575:5
1: core::panicking::panic_fmt
at /rustc/fc594f15669680fa70d255faec3ca3fb507c3405/library/core/src/panicking.rs:64:14
2: core::panicking::panic_bounds_check
at /rustc/fc594f15669680fa70d255faec3ca3fb507c3405/library/core/src/panicking.rs:147:5
3: <usize as core::slice::index::SliceIndex<[T]>>::index
at /rustc/fc594f15669680fa70d255faec3ca3fb507c3405/library/core/src/slice/index.rs:260:10
4: core::slice::index::<impl core::ops::index::Index<I> for [T]>::index
at /rustc/fc594f15669680fa70d255faec3ca3fb507c3405/library/core/src/slice/index.rs:18:9
5: <alloc::vec::Vec<T,A> as core::ops::index::Index<I>>::index
at /rustc/fc594f15669680fa70d255faec3ca3fb507c3405/library/alloc/src/vec/mod.rs:2727:9
6: error_handling::main
at ./src/main.rs:4:5
7: core::ops::function::FnOnce::call_once
at /rustc/fc594f15669680fa70d255faec3ca3fb507c3405/library/core/src/ops/function.rs:507:5
note: Some details are omitted, run with `RUST_BACKTRACE=full` for a verbose backtrace.

最近调用的函数排在列表的最上方。因为咱们的 main 函数基本是最先调用的函数了，所以排在了倒数第二位，还有一个关注点，排在最顶部最后一个调用的函数是 rust_begin_unwind，该函数的目的就是进行栈展开，呈现这些列表信息给我们。

要获取到栈回溯信息，你还需要开启 debug 标志，该标志在使用 cargo run 或者 cargo build 时自动开启（这两个操作默认是 Debug 运行方式）。同时，栈展开信息在不同操作系统或者 Rust 版本上也有所不同。

panic时的两种终止方式

当出现 panic! 时，程序提供了两种方式来处理终止流程：栈展开和直接终止。

其中，默认的方式就是栈展开，这意味着 Rust 会回溯栈上数据和函数调用，因此也意味着更多的善后工作，好处是可以给出充分的报错信息和栈调用信息，便于事后的问题复盘。直接终止，顾名思义，不清理数据就直接退出程序，善后工作交与操作系统来负责。

对于绝大多数用户，使用默认选择是最好的，但是当你关心最终编译出的二进制可执行文件大小时，那么可以尝试去使用直接终止的方式，例如下面的配置修改 Cargo.toml 文件，实现在 release 模式下遇到 panic 直接终止：

[profile.release]
panic = 'abort'

主动调用panic

在某些特殊场景中，开发者想要主动抛出一个异常。rust提供了panic!宏，它可以在你调用时，打印出一个错误信息，展开报错点往前的函数调用堆栈，最后退出程序。一定是不可恢复的错误，才调用 panic! 处理，你总不想系统仅仅因为用户随便传入一个非法参数就崩溃吧？所以，只有当你不知道该如何处理时，再去调用 panic!

fn main() {
    panic!("crash");
}

运行后输出：

thread 'main' panicked at 'crash', src/main.rs:8:5
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace

它告诉我们，main 函数所在的线程崩溃了，发生的代码位置是 src/main.rs 中的第 8 行第 5 个字符（去除该行前面的空字符）

线程panic后程序是否会终止

如果是 main 线程，则程序会终止，如果是其它子线程，该线程会终止，但是不会影响 main 线程。因此，尽量不要在 main 线程中做太多任务，将这些任务交由子线程去做，就算子线程 panic 也不会导致整个程序的结束。

Result枚举类型

它被定义为如下：

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

泛型参数 T 代表成功时存入的正确值的类型，存放方式是 Ok(T)，E 代表错误时存入的错误值，存放方式是 Err(E)。一个实际的例子如下：

#![allow(unused)]
use std::fs::File;
fn main() {
    let f = File::open("hello.txt");
    let f = match f {
        Ok(file) => file,
        Err(error) => {
            panic!("Problem opening the file: {:?}", error)
        },
    };
}

代码很清晰，对打开文件后的 Result<T, E> 类型进行匹配取值，如果是成功，则将 Ok(file) 中存放的的文件句柄 file 赋值给 f，如果失败，则将 Err(error) 中存放的错误信息 error 使用 panic 抛出来，进而结束程序。

直接 panic 还是过于粗暴，因为实际上 IO 的错误有很多种，我们需要对部分错误进行特殊处理，而不是所有错误都直接崩溃：

#![allow(unused)]
use std::fs::File;
use std::io::ErrorKind;
fn main() {
    let f = File::open("hello.txt");
    let f = match f {
        Ok(file) => file,
        Err(error) => match error.kind() {
            ErrorKind::NotFound => match File::create("hello.txt") {
                Ok(fc) => fc,
                Err(e) => panic!("Problem creating the file: {:?}", e),
            },
            other_error => panic!("Problem opening the file: {:?}", other_error),
        },
    };
}

上面代码在匹配出 error 后，又对 error 进行了详细的匹配解析，最终结果：

如果是文件不存在错误 ErrorKind::NotFound，就创建文件，这里创建文件File::create 也是返回 Result，因此继续用 match 对其结果进行处理：创建成功，将新的文件句柄赋值给 f，如果失败，则 panic

剩下的错误，一律 panic.

unwrap和expect

它们的作用就是，如果返回成功，就将 Ok(T) 中的值取出来，如果失败，就直接 panic。例如：

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

如果hello.txt不存在，则会导致panic；而expect会带上自定义的错误提示信息，相当于重载了错误打印的函数：

use std::fs::File;
fn main() {
    let f = File::open("hello.txt").expect("Failed to open hello.txt");
}

如果hello.txt不存在，那么panic的时候expect会带上自定义的错误提示信息“Failed to open hello.txt”。

传播错误

rust提供了错误传递的方式，以满足不同的编程风格来处理错误。有的人喜欢原地处理，有的人则是需要将错误传递到上层调用处进行处理。rust提供了?来进行错误传播。例如：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::fs::File;
use std::io;
use std::io::Read;
fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    let mut f = File::open("hello.txt")?;
    let mut s = String::new();
    f.read_to_string(&mut s)?;
    Ok(s)
}
let res = read_username_from_file();
dbg!(&res);
}

我们在此处进行了错误传递，当前目录下不存在hello.txt是，?会把发生的错误传递到上层，也是就是调用read_username_from_file处，错误结果保存在res中。输出如下所示：

[src/main.rs:64] &res = Err(
    Os {
        code: 2,
        kind: NotFound,
        message: "No such file or directory",
    },
)

详细的显示了错误信息，包含错误码code，错误种类kind，错误消息message。?其实是一个宏。当使用 ? 运算符时，如果表达式的结果是一个错误值，那么整个函数将立即返回这个错误值，否则会将表达式的结果进行包装并继续执行函数。?的强大之处在于自动类型提升，例如:

fn main() {
fn open_file() -> Result<File, Box<dyn std::error::Error>> {
    let mut f = File::open("hello.txt")?;
    Ok(f)
}
let res = open_file();
dbg!(&res);
}

当前目录下没有hello.txt时，open会失败，此时发送的错误是std::io::Error 类型，但是 open_file 函数返回的错误类型是 std::error::Error 的特征对象。标准库中定义的 From 特征，该特征有一个方法 from，用于把一个类型转成另外一个类型，? 可以自动调用该方法，然后进行隐式类型转换。因此只要函数返回的错误 ReturnError 实现了 From<OtherError> 特征，那么 ? 就会自动把 OtherError 转换为 ReturnError。除此之外，?还可以实现链式调用。例如：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::fs::File;
use std::io;
use std::io::Read;
fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    let mut s = String::new();
    File::open("hello.txt")?.read_to_string(&mut s)?;
    Ok(s)
}
}

确实牛逼，这样就不用写一大堆代码来处理错误了。

?用于Option返回

? 不仅仅可以用于 Result 的传播，还能用于 Option 的传播。

fn main() {
fn last_char_of_first_line(text: &str) -> Option<char> {
    text.lines().next()?.chars().last()
}
let res = last_char_of_first_line("123");
dbg!(&res);
}

如果next返回的是None，那么执行结束，直接返回None，否则接着进行链式调用。

带返回值的 main 函数

在了解了 ? 的使用限制后，这段代码你很容易看出它无法编译：

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

因为 ? 要求 Result<T, E> 形式的返回值，而 main 函数的返回是 ()，怎么办？实际上 Rust 还支持另外一种形式的 main 函数：

use std::error::Error;
use std::fs::File;
fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let f = File::open("hello.txt")?;
    Ok(())
}

这样就能使用 ? 提前返回了，同时我们又一次看到了Box<dyn Error> 特征对象，因为 std::error:Error 是 Rust 中抽象层次最高的错误，其它标准库中的错误都实现了该特征，因此我们可以用该特征对象代表一切错误，就算 main 函数中调用任何标准库函数发生错误，都可以通过 Box<dyn Error>这个特征对象进行返回.

到此这篇关于Rust处理错误的实现方法的文章就介绍到这了,更多相关Rust处理错误内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！