Rust入坑指南：亡羊补牢

如果你已经开始学习Rust，相信你已经体会过Rust编译器的强大。它可以帮助你避免程序中的大部分错误，但是编译器也不是万能的，如果程序写的不恰当，还是会发生错误，让程序崩溃。所以今天我们就来聊一聊Rust中如何处理程序错误，也就是所谓的“亡羊补牢”。

基础概念

在编程中遇到的非正常情况通常可以分为三类：失败、错误、异常。

Rust中用两种方式来消除失败：强大的类型系统和断言。

对于类型系统，熟悉Java的同学应该比较清楚。例如我们给一个接收参数为int的函数传入了字符串类型的变量。这是由编译器帮我们处理的。

rust07-1

关于断言，Rust支持6种断言。分别是：

assert!
assert_eq!
assert_ne!
debug_assert!
debug_assert_eq!
debug_assert_ne!

从名称我们就可以看出来这6种断言，可以分为两大类，带debug的和不带debug的，它们的区别就是assert开头的在调试模式和发布模式下都可以使用，而debug开头的只可以在调试模式下使用。再来解释每个大类下的三种断言，assert!是用于断言布尔表达式是否为true，assert_eq!用于断言两个表达式是否相等，assert_ne!用于断言两个表达式是否不相等。当不符合条件时，断言会引发线程恐慌（panic!）。

Rust处理异常的方法有4种：Option、Result<T, E>、线程恐慌（Panic）、程序终止（Abort）。接下来我们对这些方法进行详细介绍。

Option

Option我们在Rust入坑指南：千人千构一文中我们进行过一些介绍，它是一种枚举类型，主要包括两种值：Some(T)和None，Rust也是靠它来避免空指针异常的。

在前文中，我们并没有详细介绍如何从Option中提取出T，其实最基本的，可以用match来提取。而我也在前文中给你提供了官方文档的链接，不知道你有没有看。如果还没来得及看也没有关系，我把我看到的一些方法分享给你。

这里介绍两种方法，一种是expect，另一种是unwrap系列的方法。我们通过一个例子来感受一下。

fn main() {
    let a = Some("a");
    let b: Option<&str> = None;
    assert_eq!(a.expect("a is none"), "a");
    assert_eq!(b.expect("b is none"), "b is none");  //匹配到None会引起线程恐慌，打印的错误是expect的参数信息

    assert_eq!(a.unwrap(), "a");   //如果a是None，则会引起线程恐慌
    assert_eq!(b.unwrap_or("b"), "b"); //匹配到None时返回指定值
    let k = 10;
    assert_eq!(Some(4).unwrap_or_else(|| 2 * k), 4);// 与unwrap_or类似，只不过参数是FnOnce() -> T
    assert_eq!(None.unwrap_or_else(|| 2 * k), 20);
}

这是从Option中提取值的方法，有时我们会觉得每次处理Option都需要先提取，然后再做相应计算这样的操作比较麻烦，那么有没有更加高效的操作呢？答案是肯定的，我从文档中找到了map和and_then这两种方法。

其中map方法和unwrap一样，也是一系列方法，包括map、map_or和map_or_else。map会执行参数中闭包的规则，然后将结果再封为Option并返回。

fn main() {
    let some_str = Some("Hello!");
    let some_str_len = some_str.map(|s| s.len());
    assert_eq!(some_str_len, Some(6));
}

但是，如果参数本身返回的结果就是Option的话，处理起来就比较麻烦，因为每执行一次map都会多封装一层，最后的结果有可能是Some(Some(Some(…)))这样N多层Some的嵌套。这时，我们就可以用and_then来处理了。

利用and_then方法，我们就可以有如下的链式调用：

fn main() {
    assert_eq!(Some(2).and_then(sq).and_then(sq), Some(16));
}

fn sq(x: u32) -> Option<u32> { 
    Some(x * x) 
}

关于Option我们就先聊到这里，大家只需要记住，它可以用来处理空值，然后能够使用它的一些处理方法就可以了，实在记不住这些方法，也可以在用的时候再去文档中查询。

Result<T, E>

聊完了Option，我们再来看另一种错误处理方法，它也是一个枚举类型，叫做Result<T, E>，定义如下：

#[must_use = "this `Result` may be an `Err` variant, which should be handled"]
pub enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}

实际上，Option可以被看作Result<T, ()>。从定义中我们可以看到Result<T, E>有两个变体：Ok(T)和Err(E)。

Result<T, E>用于处理真正意义上的错误，例如，当我们想要打开一个不存在的文件时，或者我们想要将一个非数字的字符串转换为数字时，都会得到一个Err(E)结果。

Result<T, E>的处理方法和Option类似，都可以使用unwrap和expect方法，也可以使用map和and_then方法，并且用法也都类似，这里就不再赘述了。具体的方法使用细节可以自行查看官方文档。

这里我们来看一下如何处理不同类型的错误。

Rust在std::io模块定义了统一的错误类型Error，因此我们在处理时可以分别匹配不同的错误类型。

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),
            },
            ErrorKind::PermissionDenied => panic!("Permission Denied!"),
            other_error => panic!("Problem opening the file: {:?}", other_error),
        },
    };
}

在处理Result<T, E>时，我们还有一种处理方法，就是try!宏。它会使代码变得非常精简，但是在发生错误时，会将错误返回，传播到外部调用函数中，所以我们在使用之前要考虑清楚是否需要传播错误。

对于上面的代码，使用try!宏就会非常精简。

use std::fs::File;

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

try!使用起来虽然简单，但也有一定的问题。像我们刚才提到的传播错误，再就是有可能出现多层嵌套的情况。因此Rust引入了另一个语法糖来代替try!。它就是问号操作符“?”。

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

fn main() {
    read_username_from_file();
}

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)
}

问号操作符必须在处理错误的代码后面，这样的代码看起来更加优雅。

恐慌（Panic）

我们从最开始就聊到线程恐慌，那道理什么是恐慌呢？

在Rust中，无法处理的错误就会造成线程恐慌，手动执行panic!宏时也会造成恐慌。当程序执行panic!宏时，会打印相应的错误信息，同时清理堆栈并退出。但是栈回退和清理会花费大量的时间，如果你想要立即终止程序，可以在Cargo.toml文件中


程序报错时，如果你想要查看完整的错误栈信息，可以通过设置环境变量``` RUST_BACKTRACE=1```的方式来实现。

如果程序发生恐慌，我们前面所说的Result<T, E>就不能使用了，Rust为我们提供了catch_unwind方法来捕获恐慌。

``` rust
use std::panic;

fn main() {
    let result = panic::catch_unwind(|| {panic!("crash and burn")});
    assert!(result.is_err());
    println!("{}", 1 + 2);
}