第十章 错误处理

Rust将错误分为两类：

• 可恢复错误：用户可以处理的问题，如文件未找到
• 不可恢复错误：bug，如数组越界访问

对应机制：

• 可恢复错误 → Result<T, E>
• 不可恢复错误 → panic!

当代码panic时，程序会：

1. 打印错误信息
2. 展开（unwind）调用栈，清理数据
3. 退出程序

显式调用：

panic!("crash and burn");

隐式触发（bug）：

let v = vec![1, 2, 3];
v[99];  // panic！索引越界

默认情况下，panic会展开调用栈：

1. Rust沿着调用栈回溯
2. 清理每个函数中的数据
3. 打印错误信息并退出

设置panic为中止（abort）：

在Cargo.toml中：

[profile.release]
panic = 'abort'

这样panic时不会清理，直接退出，可减小二进制文件大小。

fn main() {
    let guess: i32 = "not a number".parse().expect("需要一个数字！");
    // 或者
    // let guess: i32 = "not a number".parse().unwrap();
}

设置环境变量查看完整的调用栈：

RUST_BACKTRACE=1 cargo run

使用full获取更详细的信息：

RUST_BACKTRACE=full cargo run

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

使用Result：

use std::fs::File;
 
let f = File::open("hello.txt");
 
let f = match f {
    Ok(file) => file,
    Err(error) => {
        println!("打开文件失败：{:?}", error);
        panic!("程序退出");
    }
};

use std::fs::File;
use std::io::ErrorKind;
 
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!("创建文件失败：{:?}", e),
        },
        other_error => {
            panic!("打开文件失败：{:?}", other_error)
        }
    },
};

Ok时返回值，Err时panic：

let f = File::open("hello.txt").unwrap();

unwrap的增强版，可自定义panic信息：

let f = File::open("hello.txt")
    .expect("hello.txt应该存在");

建议：在真实项目中优先使用expect，提供有用的错误信息。

提供默认值：

let s = "123";
let n = s.parse::<i32>().unwrap_or(0);  // 解析失败返回0
 
// 或使用闭包
let n = s.parse::<i32>().unwrap_or_else(|_| {
    println!("解析失败，使用默认值");
    0
});

use std::fs::File;
use std::io::{self, Read};
 
fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    let f = File::open("hello.txt");
 
    let mut f = match f {
        Ok(file) => file,
        Err(e) => return Err(e),
    };
 
    let mut s = String::new();
 
    match f.read_to_string(&mut s) {
        Ok(_) => Ok(s),
        Err(e) => Err(e),
    }
}

?是传播错误的简写：

use std::fs::File;
use std::io::{self, 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)
}

?的行为：

• Ok时解开值
• Err时提前返回Err

let mut f = match File::open("hello.txt") {
    Ok(file) => file,
    Err(e) => return Err(e),
};
 
// 等价于
let mut f = File::open("hello.txt")?;

use std::fs;
use std::io;
 
fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    fs::read_to_string("hello.txt")
}

更进一步简化：

use std::io;
 
fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    std::fs::read_to_string("hello.txt")
}

?也可用于Option：

fn last_char_of_first_line(text: &str) -> Option<char> {
    text.lines().next()?.chars().last()
}
 
fn main() {
    assert_eq!(
        last_char_of_first_line("Hello, world\nHow are you"),
        Some('d')
    );
 
    assert_eq!(last_char_of_first_line(""), None);
    assert_eq!(last_char_of_first_line("\nhi"), None);
}

混合使用Result和Option：

use std::error::Error;
 
fn parse_and_double(s: Option<&str>) -> Result<i32, Box<dyn Error>> {
    let s = s.ok_or("没有输入")?;
    let n: i32 = s.parse()?;
    Ok(n * 2)
}

应该panic的情况：

• 示例代码、原型代码、测试
• 你确定不可能发生的情况（如unreachable!()）
• 损坏的状态无法恢复

// 示例：unwrap在测试中可以接受
#[test]
fn test_something() {
    let result = some_operation().unwrap();
    assert_eq!(result, expected);
}
 
// 示例：不可能发生的情况
match some_enum {
    A => ...,
    B => ...,
    _ => unreachable!("枚举只有A和B两个变体"),
}

不应该panic的情况：

• 无效的用户输入
• 外部资源不可用
• 网络连接失败

提供有用的错误信息：

// 好的做法
let config = Config::build(&args)
    .expect("解析参数失败");
 
// 更好的做法：传播错误让用户处理
let config = Config::build(&args)?;

fn divide(a: f64, b: f64) -> Result<f64, String> {
    if b == 0.0 {
        Err(String::from("除数不能为零"))
    } else {
        Ok(a / b)
    }
}
 
fn main() {
    match divide(10.0, 2.0) {
        Ok(result) => println!("结果：{}", result),
        Err(msg) => println!("错误：{}", msg),
    }
 
    match divide(10.0, 0.0) {
        Ok(result) => println!("结果：{}", result),
        Err(msg) => println!("错误：{}", msg),
    }
}

use std::fs;
use std::io;
 
fn read_config(filename: &str) -> Result<String, io::Error> {
    fs::read_to_string(filename)
}
 
fn main() {
    match read_config("config.txt") {
        Ok(content) => println!("配置内容：\n{}", content),
        Err(e) => println!("读取配置失败：{}", e),
    }
}

use std::fs::File;
use std::io::{self, BufRead, BufReader};
 
fn read_numbers(filename: &str) -> Result<Vec<i32>, Box<dyn std::error::Error>> {
    let file = File::open(filename)?;
    let reader = BufReader::new(file);
 
    let mut numbers = Vec::new();
 
    for line in reader.lines() {
        let line = line?;
        let num: i32 = line.parse()?;
        numbers.push(num);
    }
 
    Ok(numbers)
}
 
fn main() {
    match read_numbers("numbers.txt") {
        Ok(nums) => println!("数字：{:?}", nums),
        Err(e) => println!("错误：{}", e),
    }
}

本章学习了Rust的错误处理机制：

• panic!：不可恢复错误，程序终止
• Result<T, E>：可恢复错误，Ok或Err
• unwrap/expect：快捷处理，失败时panic
• ?运算符：传播错误的简洁语法
• 最佳实践：
  • 可恢复错误用Result
  • 不可恢复错误用panic
  • 提供有用的错误信息

Rust的错误处理强制程序员处理所有可能的错误情况，使程序更健壮。