Rust中的错误处理机制

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Rust中的错误处理机制

在大多数现代语言中，都拥有一套完善的错误处理机制（error handing）。在一些典型的面向对象语言，例如 Java 和 Python 中，错误使用 try…catch 语法进行处理，但这种机制却存在显著的问题。

我们此处借用 Golang 的说法，Golang 认为程序中会出现两种错误：错误和异常。异常是开发者无法预料且超出自己能力范围的错误，例如访问数组越界，一旦出现异常，这说明程序代码本身的逻辑就是有问题的。还有一种是错误，典型的比如建立 TCP 连接失败，很显然开发者应该能预料到这种问题并且有能力去解决，例如在代码中加入重试功能。错误是正常的程序逻辑的一部分。

像 Java 和 Python 的问题就是没有区分这两种错误，它们统一使用 Exception（异常） 来表示它们，这使得程序的控制流显得特别混乱。

Rust 的错误处理机制与 Golang 特别相似，它将错误分为可恢复错误和不可恢复错误。如果遇到不可恢复错误程序将奔溃退出， 而可恢复错误则就像一个正常的函数返回值一样。不要误认为程序奔溃是坏事，事实上提早崩溃（early crash）是一种被广泛使用的设计方法论。

Rust 有两种语法来实现可恢复错误和不可恢复错误，它们分别是 Result<T, E> 和 panic!。前者是一个泛型枚举，后者则是一个宏。

不可恢复的错误

使用 panic! 宏是创建不可恢复的错误最简便的用法：

fn main() {
    panic!("error!");
    println!("here");
}

同时还有一些常见的宏可导致不可恢复的错误

断言：

assert!(1 == 2);
assert_eq!(1, 2); // 等效于 assert!(1 == 2)

未实现的代码：

fn add(a: u32, b: u32) -> u32 {
    unimplemented!()
}

fn main() {
    println!("{}", add(1, 2));
}

不应当被访问的代码

程序代码中存在一些分支，程序的开发这认为这些分支永远不应该被触发，如果触发了这些分支，则很可能是上游代码出现了问题：

fn divide_by_three(x: u32) -> u32 { // one of the poorest implementations of x/3
    for i in 0.. {
        if 3*i < i { panic!("u32 overflow"); }
        if x < 3*i { return i-1; }
    }
    unreachable!();
}

可恢复的错误

Result<T, E> 是一个带泛型的枚举：

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

Result<T, E> 通常用于函数的返回值，用以表明该次函数调用是成功或失败。它描述了函数调用过程可能出现的错误。Result<T, E> 可能有两种结果之一：

• OK(T)：成功，并且获取到 T
• Err(E)：错误，并且获取到错误描述 E

例子，使用标准库打开一个文件：

fn main() {
    match std::fs::read("/tmp/foo") {
        Ok(data) => println!("{:?}", data),
        Err(err) => println!("{:?}", err),
    }
}

自定义错误与问号表达式

问号表达式

许多时候，尤其是在我们编写库的时候，不仅仅希望获取错误，更希望错误可以在上下文中的进行传递。有一种简便的方式可以传递错误：使用问号表达式。当函数的错误类型与当前错误的类型相同时，使用 ? 可以直接将错误传递到函数外并终止函数执行。

fn foo() -> Result<T, E> {
    let x = bar()?; // bar 的错误类型需要与 foo 的错误类型相同
    ...
}

? 的作用是将 Result 枚举的正常的值直接取出，如果有错误就将错误返回出去。

创建自定义的错误

#[derive(Debug, PartialEq, Clone, Copy, Eq)]
pub enum Error {
    IO(std::io::ErrorKind),
}

impl From<std::io::Error> for Error {
    fn from(error: std::io::Error) -> Self {
        Error::IO(error.kind())
    }
}

fn do_read_file() -> Result<(), Error>{
    let data =  std::fs::read("/tmp/foo")?;
    let data_str = std::str::from_utf8(&data).unwrap();
    println!("{}", data_str);
    Ok(())
}

fn main() {
    do_read_file().unwrap();
}