【Rust】错误的分类与传递|使用kind进行异常处理

前言

Rust 有一套独特的处理异常情况的机制，它并不像其它语言中的 try 机制那样简单。
在Rust 中的错误分为两大类：可恢复错误和不可恢复错误。大多数编程语言用 Exception （异常）类来表示错误。在 Rust 中没有 Exception。对于可恢复错误用 Result<T, E> 类来处理，对于不可恢复错误使用 panic! 宏来处理。

1、不可恢复错误

由编程中无法解决的逻辑错误导致的，例如访问数组末尾以外的位置。

1.1、panic! 宏的使用

*宏的使用较为简单，让我们来看一个具体例子：*

fn main() {
    panic!("Error occured");
    println!("Hello, rust");
}

运行结果：

很显然，程序并不能如约运行到 println!("Hello, rust") ，而是在 panic! 宏被调用时停止了运行，不可恢复的错误一定会导致程序受到致命的打击而终止运行。

1.2、通过 Powershell命令行分析错误原因

我们来分析一下终端命令行中的报错信息：

thread 'main' panicked at 'Error occured', src\main.rs:2:5
note: Some details are omitted, run with `RUST_BACKTRACE=full` for a verbose backtrace.

第一行输出了 panic! 宏调用的位置以及其输出的错误信息

第二行是一句提示，翻译成中文就是"通过 RUST_BACKTRACE=full 环境变量运行以显示回溯"。接下来看一下回溯（backtrace）信息：

stack backtrace:
 0: std::panicking::begin_panic_handler
           at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library\std\src\panicking.rs:584
 1: core::panicking::panic_fmt
           at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3/library\core\src\panicking.rs:142
 2: error_deal::main
           at .\src\main.rs:2
 3: core::ops::function::FnOnce::call_once<void (*)(),tuple$<> >
           at /rustc/e092d0b6b43f2de967af0887873151bb1c0b18d3\library\core\src\ops\function.rs:248

回溯是不可恢复错误的另一种处理方式，它会展开运行的栈并输出所有的信息，然后程序依然会退出。通过大量的输出信息，我们可以找到我们编写的 panic! 宏触发的错误。

2、可恢复的错误

如果访问一个文件失败，有可能是因为它正在被占用，是正常的，我们可以通过等待来解决。

2.1、Rustlt<T,E>枚举类的使用

此概念十分类似于 Java 编程语言中的异常，而在 C 语言中我们就常常将函数返回值设置成整数来表达函数遇到的错误，在 Rust 中通过 Result<T, E> 枚举类作返回值来进行异常表达：

enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}//T的类型不定，相当于C++中模板的写法

我们知道enum常常与match配合使用，当匹配到OK时就会执行相应代码。

在 Rust 标准库中可能产生异常的函数的返回值都是 Result 类型。

例如：当我们尝试打开一个文件时：

use std::fs::File;

fn main() {
    let fp = File::open("hello_rust.txt");
    match fp {
        Ok(file) => {
            println!("File opened successfully.");
        },
        Err(err) => {
            println!("Failed to open the file.");
        }
    }
}//OK里的参数file是File类型，相当于填充了枚举里的T类型

如果 hello_rust.txt 文件不存在，会打印 Failed to open the file.

当然，我们在枚举类章节讲到的 if let 模式匹配语法可以简化 match 语法块：

use std::fs::File;

fn main() {
    let fp = File::open("hello_rust.txt");
    if let Ok(file) = fp {
        println!("File opened successfully.");
    } else {
        println!("Failed to open the file.");
    }
}

2.2、Result 类的unwrap() 和 expect(message: &str) 方法

将一个可恢复错误按不可恢复错误处理

举个例子：

use std::fs::File;

fn main() {
    let fp1 = File::open("hello_rust.txt").unwrap();
    let fp2 = File::open("hello_rust.txt").expect("Failed to open.");
}

这段程序相当于在 Result 为 Err 时调用 panic!宏
两者的区别在于 expect 能够向 panic! 宏发送一段指定的错误信息
panic!宏是不可恢复错误，这样就完成了转变

3、可恢复的错误的传递

之前所讲的是接收到错误的处理方式，接下来讲讲怎么把错误信息传递出去

我们先来编写一个函数：

fn f(i: i32) -> Result<i32, bool> {
    if i >= 0 {
         Ok(i) 
        }
    else { 
        Err(false) 
    }
}
fn main() {
    let r = f(10000);
    if let Ok(v) = r {
        println!("Ok: f(-1) = {}", v);
    } else {
        println!("Err");
    }
}//运行结果：Ok: f(-1) = 10000

这里r的结果是f函数返回的ok(10000)，经过if let模式匹配后v的值为10000

这段程序中函数 f 是错误的根源，现在我们再写一个传递错误的函数 g ：

fn g(i: i32) -> Result<i32, bool> {
    let t = f(i);
    return match t {
        Ok(i) => Ok(i),
        Err(b) => Err(b)
    };
}

函数 g 传递了函数 f 可能出现的错误，这样写有些冗长，Rust 中可以在 Result 对象后添加 ? 操作符将同类的 Err 直接传递出去：

fn f(i: i32) -> Result<i32, bool> {
    if i >= 0 { Ok(i) }
    else { Err(false) }
}

fn g(i: i32) -> Result<i32, bool> {
    let t = f(i)?;
    Ok(t) // 因为确定 t 不是 Err, t 在这里已经推导出是 i32 类型
}

fn main() {
    let r = g(10000);
    if let Ok(v) = r {
        println!("Ok: g(10000) = {}", v);
    } else {
        println!("Err");
    }
}//运行结果：Ok: g(10000) = 10000

? 符的实际作用是将 Result 类非异常的值直接取出，如果有异常就将异常 Result 返回出去。所以? 符仅用于返回值类型为 Result<T, E> 的函数，且其中 E 类型必须和 ? 所处理的 Result 的 E 类型一致。

4、结合kind方法处理异常

虽然前面提到Rust 异常不像其他语言这么简单，但这并不意味着 Rust 实现不了：我们完全可以把 try 块在独立的函数中实现，将所有的异常都传递出去解决。

实际上这才是一个分化良好的程序应当遵循的编程方法：应该注重独立功能的完整性。

但是这样需要判断 Result 的 Err 类型，获取 Err 类型的函数是 kind()

做一个打开文件的实例：

use std::io;
use std::io::Read;
use std::fs::File;

fn read_text_from_file(path: &str) -> Result<String, io::Error> {
    let mut f = File::open(path)?;
    let mut s = String::new();
    f.read_to_string(&mut s)?;
    Ok(s)
}

fn main() {
    let str_file = read_text_from_file("hello_rust.txt");
    match str_file {
        Ok(s) => println!("{}", s),
        Err(e) => {
            match e.kind() {
                io::ErrorKind::NotFound => {
                    println!("No such file");
                },
                _ => {
                    println!("Cannot read the file");
                }
            }
        }
    }
}//这里我没有创建hello_rust.txt文件，因此运行结果为：No such file

代码解释：

使用read_text_from_file()函数将文件打开的结果传给了str_file变量
- 这里并不存在hello_rust.txt，因此File::open(path)?不会打开文件，异常会存到f中
- f.read_to_string(&mut s)?并不能读出文件内容，ok(s)无内容
通过分析，分支会执行Err(e)的代码块，使用e.kind()得到了错误类型并再次进行match分支
- 如果是NotFound错误就会打印No such file
- 其他情错误均提示Cannot read the file