全面講解在Rust中處理錯誤的有效方法

譯文

作者：布加迪 2023-04-17 07:41:02

開發架構

Rust有一個豐富的類型系統，可以根據錯誤的類型熟練處理錯誤。Rust豐富的錯誤類型系統較之傳統錯誤處理方法具有的好處不可低估。錯誤類型系統提供了改進的類型安全、可組合性、表達性和可調試性。

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錯誤不可避免，可能由于各種原因而發生：從無效的用戶輸入到網絡故障、硬件故障或編程錯誤，不一而足。錯誤處理是檢測和報告錯誤并從中恢復的機制，以防程序崩潰或數據損壞。

有效的錯誤處理在Rust中至關重要。它讓您可以創建穩健可靠的應用程序，可以處理意外的錯誤和故障。Rust的錯誤處理機制讓您可以開發更易于維護的有彈性且安全的程序。

一、Rust中的錯誤類型

下面是Rust中常見的錯誤類型：

std::io::Error類型表示I/O錯誤，比如未找到文件、權限被拒絕或到達文件結束。
std::num::ParseIntError類型表示發生字符串到整數解析操作所出現的錯誤。
std::option::NoneError類型表示打開空選項引起的錯誤。
std::result:: result <T, E>類型是一個泛型Result類型，可以用來表示任何錯誤。

每種錯誤類型都有各自的一組方法和特征，用于以特定的方式來處理它。

下面是Rust中文件讀取操作的錯誤處理示例：

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

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

read_file函數讀取指定路徑中文件的內容，并將其作為字符串返回。如果文件打開或讀取操作失敗，它就返回std::io::Error。?操作符傳送錯誤，并將錯誤作為Result返回。

二、Rust中的錯誤處理機制

確保Rust安全性的一個關鍵特征是其錯誤處理機制。Rust中有四種主要的錯誤處理機制：Result類型、Option類型、panic!宏和Error特征。

Result類型和Option類型支持結構化錯誤處理。您可以使用panic!宏來處理不可恢復的錯誤。Error特征讓您可以定義自定義錯誤類型和自定義錯誤處理。

1.Result類型

Result類型是一個內置類型，表示可能失敗的操作的結果。它有兩個變量：Ok變量，表示成功并含有一個值；以及Err變量，表示失敗并含有一個錯誤值。

下面介紹如何使用Result類型打開一個文件并讀取其內容：

use std::fs::File;
use std::io::prelude::*;

fn read_file(file_path: &str) -> Result<String, std::io::Error> {
    let mut file = File::open(file_path)?;
    let mut contents = String::new();
    file.read_to_string(&mut contents)?;
    Ok(contents)
}

fn main() {
    let result = read_file("file.txt");

    match result {
        Ok(contents) => println!("{}", contents),
        Err(e) => println!("Error: {}", e),
    }
}

read_file函數接受文件路徑，并返回Result<String, std::io::Error>錯誤。如果文件讀取或打開操作失敗，函數返回Err值。否則，函數返回Ok值。在main函數中，match語句處理Result值，并根據文件操作的情況打印輸出結果。

2.Option類型

Option類型是表示值存在或不存在的內置類型。Option類型有兩個變體。Some表示值，None表示沒有值。

下面介紹如何使用Option類型來檢索向量的第一個元素。

fn get_first_element<T: Clone>(vec: Vec<T>) -> Option<T> {
    if vec.is_empty() {
        None
    } else {
        Some(vec.first().unwrap().clone())
    }
}

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

    match result {
        Some(element) => println!("{}", element),
        None => println!("The vector is empty."),
    }
}

get_first_element函數返回Option<T>類型。如果向量為空，函數返回None；否則，函數返回含有向量第一個元素的Some。在main函數中，match語句處理Option值。如果Option值為Some，函數打印輸出第一個元素。否則，函數打印輸出一條消息，表明該向量為空。

3.panic!宏

panic!宏提供了在Rust中處理不可恢復的錯誤的功能。一調用panic!宏，它打印輸出錯誤消息并終止程序。

下面這個示例表明使用panic!宏來表示函數擁有無效參數。

fn divide(dividend: f64, divisor: f64) -> f64 {
    if divisor == 0.0 {
        panic!("The divisor cannot be zero.");
    }

    dividend / divisor
}

fn main() {
    let result = divide(4.0, 0.0);
    println!("{}", result);
}

divide函數檢查除數是否為零；如果除數為零，函數調用帶有錯誤消息的panic!宏；否則，函數計算并返回結果。

main函數調用帶有無效參數的divide函數來觸發panic!宏。

下面是錯誤信息：

4.Error特征

Error特征是定義錯誤類型行為的內置特征。Error特征提供了定義自定義錯誤類型和自定義錯誤處理的功能。

下面是定義自定義錯誤類型的示例，該錯誤類型表示文件未找到錯誤。

use std::error::Error;
use std::fmt;
use std::io::Read;

#[derive(Debug)]
struct FileNotFound(String);

impl fmt::Display for FileNotFound {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        write!(f, "File not found: {}", self.0)
    }
}

impl Error for FileNotFound {}

fn read_file(file_path: &str) -> Result<String, Box<dyn Error>> {
    let mut file = std::fs::File::open(file_path).map_err(|e| FileNotFound(format!("{}", e)))?;
    let mut contents = String::new();
    file.read_to_string(&mut contents)?;
    Ok(contents)
}

fn main() {
    let result = read_file("file.txt");

    match result {
        Ok(contents) => println!("{}", contents),
        Err(e) => println!("Error: {}", e),

自定義錯誤類型是FileNotFound構件。該類型含有文件路徑，FileNotFound類型實現了Display特征以返回對用戶友好的錯誤消息，并實現了Error特征以表明這是錯誤類型。

在read_file函數中，FileNotFound錯誤類型表示文件未找到錯誤，map_err方法將std::io:: Error轉換成FileNotFound錯誤。最后，Box<dyn Error>類型允許函數返回實現Error特征的任何類型。

main函數調用帶有文件路徑的read_file函數；如果找到文件，將其內容打印輸出到控制臺。不然，它打印輸出錯誤消息。

下面是一個不存在的文件的結果：

三、可以依靠Rust的

所有權模型來確保程序安全

與Rust出色的錯誤處理機制相結合，Rust還利用了所有權模型來幫助確保程序是內存安全的。

Rust在程序運行前的編譯時，使用借用檢查器確保所有權規則。

原文鏈接：https://www.makeuseof.com/rust-error-handling-approaches/

責任編輯：武曉燕來源： 51CTO技術棧

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