本文略有刪減，原文請訪問錯誤處理。

panic! 宏代表一個程序無法處理的狀態(tài)，并停止執(zhí)行而不是使用無效或不正確的值繼續(xù)處理。

Rust 類型系統(tǒng)的 Result 枚舉代表操作可能會在一種可以恢復(fù)的情況下失敗，可以使用 Result 來告訴代碼調(diào)用者他需要處理潛在的成功或失敗。

用 panic! 處理不可恢復(fù)的錯誤

在實踐中有兩種方法造成 panic：執(zhí)行會造成代碼 panic 的操作（比如訪問超過數(shù)組結(jié)尾的內(nèi)容）或者顯式調(diào)用 panic! 宏。

對應(yīng) panic 時的棧展開或終止

當出現(xiàn) panic 時，程序默認會開始 展開（unwinding），這意味著 Rust 會回溯棧并清理它遇到的每一個函數(shù)的數(shù)據(jù)，不過這個回溯并清理的過程有很多工作。另一種選擇是直接 終止（abort），這會不清理數(shù)據(jù)就退出程序，程序所使用的內(nèi)存需要由操作系統(tǒng)來清理。

如果需要項目的最終二進制文件越小越好，panic 時通過在 Cargo.toml 的 [profile] 部分增加 panic = 'abort'，可以由展開切換為終止，如在 release 模式中 panic 時直接終止：

[profile.release]
panic = 'abort'

在一個簡單的程序中調(diào)用 panic!：

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

使用 panic! 的 backtrace

讓我們來看看另一個因為我們代碼中的 bug 引起的別的庫中 panic! 的例子，而不是直接的宏調(diào)用。

嘗試訪問超越 vector 結(jié)尾的元素，這會造成 panic!：

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

    v[99];
}

可以設(shè)置 RUST_BACKTRACE 環(huán)境變量來得到一個 backtrace，backtrace 是一個執(zhí)行到目前位置所有被調(diào)用的函數(shù)的列表。Rust 的 backtrace 跟其他語言中的一樣：閱讀 backtrace 的關(guān)鍵是從頭開始讀直到發(fā)現(xiàn)你編寫的文件。

將 RUST_BACKTRACE 環(huán)境變量設(shè)置為任何不是 0 的值來獲取 backtrace 看看：

$ RUST_BACKTRACE=1 cargo run
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/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library/std/src/panicking.rs:584:5
   1: core::panicking::panic_fmt
             at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library/core/src/panicking.rs:142:14
   2: core::panicking::panic_bounds_check
             at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library/core/src/panicking.rs:84:5
   3: <usize as core::slice::index::SliceIndex<[T]>>::index
             at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library/core/src/slice/index.rs:242:10
   4: core::slice::index::<impl core::ops::index::Index<I> for [T]>::index
             at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library/core/src/slice/index.rs:18:9
   5: <alloc::vec::Vec<T,A> as core::ops::index::Index<I>>::index
             at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library/alloc/src/vec/mod.rs:2591:9
   6: panic::main
             at ./src/main.rs:4:5
   7: core::ops::function::FnOnce::call_once
             at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library/core/src/ops/function.rs:248:5
note: Some details are omitted, run with `RUST_BACKTRACE=full` for a verbose backtrace.

為了獲取帶有這些信息的 backtrace，必須啟用 debug 標識。當不使用 --release 參數(shù)運行 cargo build 或 cargo run 時 debug 標識會默認啟用，就像這里一樣。

Windows設(shè)置 RUST_BACKTRACE 環(huán)境變量的兩種方式

在cmd中執(zhí)行

set RUST_BACKTRACE=1

在powershell中執(zhí)行：

$env:RUST_BACKTRACE=1 ; cargo run

用 Result 處理可恢復(fù)的錯誤

使用 Result 類型來處理潛在的錯誤中的那個 Result 枚舉，它定義有Ok 和 Err兩個成員：

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

T 和 E 是泛型類型參數(shù)：

• T 代表成功時返回的 Ok 成員中的數(shù)據(jù)的類型
• E 代表失敗時返回的 Err 成員中的錯誤的類型

調(diào)用一個返回 Result 的函數(shù)，它打開一個文件，可能會失?。?/p>

use std::fs::File;

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

File::open 的返回值是 Result<T, E>：

• 泛型參數(shù) T 會被 File::open 的實現(xiàn)放入成功返回值的類型 std::fs::File，這是一個文件句柄。
• 錯誤返回值使用的 E 的類型是 std::io::Error。

`File::open`` 調(diào)用可能成功并返回一個可以讀寫的文件句柄，也可能會失敗，如文件不存在或無訪問權(quán)限。

需要在代碼中增加根據(jù) File::open 返回值進行不同處理的邏輯：

use std::fs::File;

fn main() {
    let greeting_file_result = File::open("hello.txt");

    let greeting_file = match greeting_file_result {
        Ok(file) => file,
        Err(error) => panic!("Problem opening the file: {:?}", error),
    };
}

如果當前目錄沒有一個叫做 hello.txt 的文件，當運行這段代碼時 panic! 宏的輸出能告訴了我們出錯的地方。

匹配不同的錯誤

使用不同的方式處理不同類型的錯誤：

use std::fs::File;
use std::io::ErrorKind;

fn main() {
    let greeting_file_result = File::open("hello.txt");

    let greeting_file = match greeting_file_result {
        Ok(file) => file,
        Err(error) => match error.kind() {
            //嘗試打開的文件并不存在，通過 File::create 創(chuàng)建文件
            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);
            }
        },
    };
}

• File::open 返回的 Err 成員中的值類型 io::Error，它是一個標準庫中提供的結(jié)構(gòu)體。
• io::Error 結(jié)構(gòu)體有一個返回 io::ErrorKind 值的 kind 方法可供調(diào)用。
• io::ErrorKind 是一個標準庫提供的枚舉，它的成員對應(yīng) io 操作可能導(dǎo)致的不同錯誤類型。

不同于使用 match 和 Result<T, E>

在處理代碼中的 Result<T, E> 值時，相比于使用 match ，使用閉包和 unwrap_or_else 方法會更加簡潔：

use std::fs::File;
use std::io::ErrorKind;

fn main() {
    let greeting_file = File::open("hello.txt").unwrap_or_else(|error| {
        if error.kind() == ErrorKind::NotFound {
            File::create("hello.txt").unwrap_or_else(|error| {
                panic!("Problem creating the file: {:?}", error);
            })
        } else {
            panic!("Problem opening the file: {:?}", error);
        }
    });
}

失敗時 panic 的簡寫：unwrap 和 expect

Result<T, E> 類型定義了很多輔助方法來處理各種情況，其中之一叫做 unwrap：

• 如果 Result 值是成員 Ok，unwrap 會返回 Ok 中的值。
• 如果 Result 是成員 Err，unwrap 會為我們調(diào)用 panic!。

一個實踐 unwrap 的例子：

use std::fs::File;

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

另一個類似于 unwrap 的方法它還允許選擇 panic! 的錯誤信息：expect，語法如下：

use std::fs::File;

fn main() {
    let greeting_file = File::open("hello.txt")
        .expect("hello.txt should be included in this project");
}

expect 與 unwrap 的使用方式一樣：返回文件句柄或調(diào)用 panic! 宏。

在生產(chǎn)級別的代碼中，大部分人選擇 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。

傳播錯誤

一個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，這個函數(shù)會將這些錯誤返回給調(diào)用它的代碼：

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

fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    let username_file_result = File::open("hello.txt");

    let mut username_file = match username_file_result {
        Ok(file) => file,
        Err(e) => return Err(e),
    };

    let mut username = String::new();

    match username_file.read_to_string(&mut username) {
        Ok(_) => Ok(username),
        Err(e) => Err(e),  //最后一個表達式，無需顯式調(diào)用 return 語句
    }
}

函數(shù)的返回值類型為 Result<String, io::Error>，說明函數(shù)返回一個 Result<T, E> 類型的值：泛型參數(shù) T 的具體類型是 String，而 E 的具體類型是 io::Error。

這里選擇 io::Error 作為函數(shù)的返回值是因為它正好是函數(shù)體中那兩個可能會失敗的操作的錯誤返回值：File::open 函數(shù)和 read_to_string 方法。

傳播錯誤的簡寫：? 運算符

一個使用 ? 運算符向調(diào)用者返回錯誤的函數(shù)：

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

fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    let mut username_file = File::open("hello.txt")?;
    let mut username = String::new();
    username_file.read_to_string(&mut username)?;
    Ok(username)
}

Result 值之后的 ? 被定義為與前面示例中定義的處理 Result 值的 match 表達式有著完全相同的工作方式。不同的是，? 運算符所使用的錯誤值被傳遞給了 from 函數(shù)，它定義于標準庫的 From trait 中，其用來將錯誤從一種類型轉(zhuǎn)換為另一種類型。

問號運算符之后的鏈式方法調(diào)用：

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

fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    let mut username = String::new();

    File::open("hello.txt")?.read_to_string(&mut username)?;

    Ok(username)
}

使用 fs::read_to_string 而不是打開后讀取文件

use std::fs;
use std::io;

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

哪里可以使用 ? 運算符

? 運算符只能被用于返回值與 ? 作用的值相兼容的函數(shù)，因為 ? 運算符被定義為從函數(shù)中提早返回一個值，函數(shù)的返回值必須是 Result 才能與這個 return 相兼容。

嘗試在返回 () 的 main 函數(shù)中使用 ? 的代碼不能編譯：

use std::fs::File;

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

當編譯這些代碼時會出錯，錯誤指出只能在返回 Result 或者其它實現(xiàn)了 FromResidual 的類型的函數(shù)中使用 ? 運算符。

為了修復(fù)這個錯誤，有兩個選擇。一個是，如果沒有限制的話將函數(shù)的返回值改為 Result<T, E>。另一個是使用 match 或 Result<T, E> 的方法中合適的一個來處理 Result<T, E>。

在 Option<T> 上調(diào)用 ? 運算符的行為與 Result<T, E> 類似：如果值是 None，此時 None 會從函數(shù)中提前返回。如果值是 Some，Some 中的值作為表達式的返回值同時函數(shù)繼續(xù)。

在 Option 值上使用 ? 運算符：

//從給定文本中返回第一行最后一個字符
fn last_char_of_first_line(text: &str) -> Option<char> {
    text.lines().next()?.chars().last()
}

注意你可以在返回 Result 的函數(shù)中對 Result 使用 ? 運算符，可以在返回 Option 的函數(shù)中對 Option 使用 ? 運算符，但是不可以混合搭配。? 運算符不會自動將 Result 轉(zhuǎn)化為 Option，反之亦然；在這些情況下，可以使用類似 Result 的 ok 方法或者 Option 的 ok_or 方法來顯式轉(zhuǎn)換。

修改 main 返回 Result<(), E> 允許對 Result 值使用 ? 運算符：

use std::error::Error;
use std::fs::File;

fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let greeting_file = File::open("hello.txt")?;

    Ok(())
}

目前可以將 Box<dyn Error> 理解為 “任何類型的錯誤”，在返回 Box<dyn Error> 錯誤類型 main 函數(shù)中對 Result 使用 ? 是允許的，因為它允許任何 Err 值提前返回。

要不要 panic!

示例、代碼原型和測試都非常適合 panic

調(diào)用一個類似 unwrap 這樣可能 panic! 的方法可以被理解為一個你實際希望程序處理錯誤方式的占位符，它根據(jù)其余代碼運行方式可能會各不相同。

在我們準備好決定如何處理錯誤之前，unwrap和expect方法在原型設(shè)計時非常方便。當我們準備好讓程序更加健壯時，它們會在代碼中留下清晰的標記。

當我們比編譯器知道更多的情況

當你有一些其他的邏輯來確保 Result 會是 Ok 值時，調(diào)用 unwrap 或者 expect 也是合適的，雖然編譯器無法理解這種邏輯：

use std::net::IpAddr;

let home: IpAddr = "127.0.0.1"
    .parse()
    .expect("Hardcoded IP address should be valid");

可以看出 127.0.0.1 是一個有效的 IP 地址，所以這里使用 expect 是可以接受的。

錯誤處理指導(dǎo)原則

在當有可能會導(dǎo)致有害狀態(tài)的情況下建議使用 panic!，有害狀態(tài)是指當一些假設(shè)、保證、協(xié)議或不可變性被打破的狀態(tài)（如無效的值、自相矛盾的值或者被傳遞了不存在的值），外加如下幾種情況：

• 有害狀態(tài)是非預(yù)期的行為，與偶爾會發(fā)生的行為相對，比如用戶輸入了錯誤格式的數(shù)據(jù)。
• 在此之后代碼的運行依賴于不處于這種有害狀態(tài)，而不是在每一步都檢查是否有問題。
• 沒有可行的手段來將有害狀態(tài)信息編碼進所使用的類型中的情況。

當接收到無效輸入時，優(yōu)先返回錯誤信息以通知用戶。若繼續(xù)執(zhí)行可能引發(fā)安全問題或嚴重后果，則調(diào)用 panic! 停止程序并指出bug。同樣，在遇到無法修復(fù)的外部代碼無效狀態(tài)時，適宜使用 panic!。

當錯誤屬于預(yù)期范圍（如解析錯誤或HTTP限流響應(yīng)），應(yīng)返回 Result，表明可能出現(xiàn)失敗，并將問題傳遞給調(diào)用者處理。此時不宜使用 panic! 來應(yīng)對這些情況。

當代碼執(zhí)行操作可能因無效值而危及安全時，應(yīng)先驗證其有效性，并在無效時 panic!。這是因為嘗試處理此類數(shù)據(jù)易暴露漏洞，如數(shù)組越界訪問會導(dǎo)致 panic! 以防止?jié)撛诘陌踩L險。函數(shù)遵循輸入條件的契約，若違反契約則通過 panic! 指出調(diào)用方 bug，因為這種錯誤通常無法在函數(shù)內(nèi)部妥善處理，需要程序員修復(fù)源代碼。函數(shù)契約及其可能導(dǎo)致 panic! 的情況應(yīng)在 API 文檔中明確說明。

雖然大量錯誤檢查可能冗長繁瑣，但 Rust 的類型系統(tǒng)和編譯器能幫你自動進行許多檢查。若函數(shù)參數(shù)為非 Option 類型，編譯器確保其非空且有有效值，因此無需在代碼中處理 Some/None 情況。傳遞空值的代碼無法通過編譯，故函數(shù)運行時無須判空。同樣，使用如 u32 的無符號整型可確保值永不會為負數(shù)。

創(chuàng)建自定義類型進行有效性驗證

使用 if 表達式檢查值是否超出范圍（代碼冗余、可能影響性能）：

loop {
    // --snip--
    let guess: i32 = match guess.trim().parse() {
        Ok(num) => num,
        Err(_) => continue,
    };
    if guess < 1 || guess > 100 {
        println!("The secret number will be between 1 and 100.");
        continue;
    }
    match guess.cmp(&secret_number) {
        // --snip--
}

可以創(chuàng)建一個新類型來將驗證放入創(chuàng)建其實例的函數(shù)中，而不是到處重復(fù)這些檢查。這樣就可以安全地在函數(shù)簽名中使用新類型并相信它們接收到的值。

一個 Guess 類型，它只在值位于 1 和 100 之間時才繼續(xù)：

pub struct Guess {
    //私有的字段，確保了不會存在沒有通過 Guess::new 函數(shù)的條件檢查的 value 
    value: i32,
}

impl Guess {
    pub fn new(value: i32) -> Guess {
        if value < 1 || value > 100 {
            panic!("Guess value must be between 1 and 100, got {}.", value);
        }

        Guess { value }
    }

    //有時被稱為 getter，目的就是返回對應(yīng)字段的數(shù)據(jù)
    pub fn value(&self) -> i32 {
        self.value
    }
}

以上就是一文詳解Rust中的錯誤處理的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Rust錯誤處理的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！