The Rust Programming Language 错误处理

Rust 对可靠性的执着也延伸到了错误处理。错误对于软件来说是不可避免的,所以 Rust 有很多特性来处理出现错误的情况。在很多情况下,Rust 要求你承认出错的可能性,并在编译代码之前就采取行动。这些要求使得程序更为健壮,它们确保了你会在将代码部署到生产环境之前就发现错误并正确地处理它们!

Rust 将错误组合成两个主要类别:可恢复错误(recoverable)和 不可恢复错误(unrecoverable)。可恢复错误通常代表向用户报告错误和重试操作是合理的情况,比如未找到文件。不可恢复错误通常是 bug 的同义词,比如尝试访问超过数组结尾的位置。

大部分语言并不区分这两类错误,并采用类似异常这样方式统一处理他们。Rust 并没有异常,但是,有可恢复错误 Result ,和不可恢复(遇到错误时停止程序执行)错误 panic!。此外,我们将探讨决定是尝试从错误中恢复还是停止执行时的注意事项。

panic! 与不可恢复的错误

突然有一天,代码出问题了,而你对此束手无策。对于这种情况,Rust 有 panic!宏。当执行这个宏时,程序会打印出一个错误信息,展开并清理栈数据,然后接着退出。出现这种情况的场景通常是检测到一些类型的 bug,而且程序员并不清楚该如何处理它。

对应 panic 时的栈展开或终止

当出现 panic 时,程序默认会开始 展开(unwinding),这意味着 Rust 会回溯栈并清理它遇到的每一个函数的数据,不过这个回溯并清理的过程有很多工作。另一种选择是直接 终止(abort),这会不清理数据就退出程序。那么程序所使用的内存需要由操作系统来清理。如果你需要项目的最终二进制文件越小越好,panic 时通过在 Cargo.toml 的 [profile] 部分增加 panic = ‘abort’,可以由展开切换为终止。例如,如果你想要在release模式中 panic 时直接终止:

1
2
[profile.release]
panic = 'abort'

让我们在一个简单的程序中调用 panic!:

1
2
3
fn main() {
panic!("crash and burn");
}

在其他情况下,panic! 可能会出现在我们的代码所调用的代码中。错误信息报告的文件名和行号可能指向别人代码中的 panic! 宏调用,而不是我们代码中最终导致 panic! 的那一行。我们可以使用 panic! 被调用的函数的 backtrace 来寻找代码中出问题的地方。

使用 panic! 的 backtrace

让我们来看看另一个因为我们代码中的 bug 引起的别的库中 panic! 的例子,而不是直接的宏调用。

1
2
3
4
5
fn main() {
let v = vec![1, 2, 3];

v[99];
}

这里尝试访问 vector 的第一百个元素(这里的索引是 99 因为索引从 0 开始),不过它只有三个元素。这种情况下 Rust 会 panic。[] 应当返回一个元素,不过如果传递了一个无效索引,就没有可供 Rust 返回的正确的元素。

这种情况下其他像 C 这样语言会尝试直接提供所要求的值,即便这可能不是你期望的:你会得到任何对应 vector 中这个元素的内存位置的值,甚至是这些内存并不属于 vector 的情况。这被称为 缓冲区溢出(buffer overread),并可能会导致安全漏洞,比如攻击者可以像这样操作索引来读取储存在数组后面不被允许的数据。

为了使程序远离这类漏洞,如果尝试读取一个索引不存在的元素,Rust 会停止执行并拒绝继续。

backtrace 是一个执行到目前位置所有被调用的函数的列表。Rust 的 backtrace 跟其他语言中的一样:阅读 backtrace 的关键是从头开始读直到发现你编写的文件。这就是问题的发源地。这一行往上是你的代码所调用的代码;往下则是调用你的代码的代码。这些行可能包含核心 Rust 代码,标准库代码或用到的 crate 代码。让我们将 RUST_BACKTRACE 环境变量设置为任何不是 0 的值来获取 backtrace 看看。

这里有大量的输出!你实际看到的输出可能因不同的操作系统和 Rust 版本而有所不同。为了获取带有这些信息的 backtrace,必须启用 debug 标识。当不使用 —release 参数运行 cargo build 或 cargo run 时 debug 标识会默认启用。

如果你不希望程序 panic,第一个提到我们编写的代码行的位置是你应该开始调查的,以便查明是什么值如何在这个地方引起了 panic。当将来你的代码出现了 panic,你需要搞清楚在这特定的场景下代码中执行了什么操作和什么值导致了 panic,以及应当如何处理才能避免这个问题。

Result 与可恢复的错误

大部分错误并没有严重到需要程序完全停止执行。有时,一个函数会因为一个容易理解并做出反应的原因失败。例如,如果因为打开一个并不存在的文件而失败,此时我们可能想要创建这个文件,而不是终止进程。

Result 枚举,它定义有如下两个成员,Ok 和 Err:

1
2
3
4
enum Result<T, E> {
Ok(T),
Err(E),
}

T 和 E 是泛型类型参数;T 代表成功时返回的 Ok 成员中的数据的类型,而 E 代表失败时返回的 Err 成员中的错误的类型。因为 Result 有这些泛型类型参数,我们可以将 Result 类型和标准库中为其定义的函数用于很多不同的场景,这些情况中需要返回的成功值和失败值可能会各不相同。

让我们调用一个返回 Result 的函数,因为它可能会失败:

1
2
3
4
5
use std::fs::File;

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

如何知道 File::open 返回一个 Result 呢?我们可以查看 标准库 API 文档,或者可以直接问编译器!如果给 f 某个我们知道 不是 函数返回值类型的类型注解,接着尝试编译代码,编译器会告诉我们类型不匹配。然后错误信息会告诉我们 f 的类型 应该 是什么。让我们试试!我们知道 File::open 的返回值不是 u32 类型的,所以将 let f 语句改为如下:

1
let f: u32 = File::open("hello.txt");

这就告诉我们了 File::open 函数的返回值类型是 Result。这里泛型参数 T 放入了成功值的类型 std::fs::File,它是一个文件句柄。E 被用在失败值上时 E 的类型是 std::io::Error。

这个返回值类型说明 File::open 调用可能会成功并返回一个可以进行读写的文件句柄。这个函数也可能会失败:例如,文件可能并不存在,或者可能没有访问文件的权限。File::open 需要一个方式告诉我们是成功还是失败,并同时提供给我们文件句柄或错误信息。而这些信息正是 Result 枚举可以提供的。

当 File::open 成功的情况下,变量 f 的值将会是一个包含文件句柄的 Ok 实例。在失败的情况下,f 的值会是一个包含更多关于出现了何种错误信息的 Err 实例。

我们需要在示例的代码中增加根据 File::open 返回值进行不同处理的逻辑。示例展示了一个使用基本工具处理 Result 的例子:match 表达式。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
use std::fs::File;

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

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

注意与 Option 枚举一样,Result 枚举和其成员也被导入到了 prelude 中,所以就不需要在 match 分支中的 Ok 和 Err 之前指定 Result::。

这里我们告诉 Rust 当结果是 Ok 时,返回 Ok 成员中的 file 值,然后将这个文件句柄赋值给变量 f。match 之后,我们可以利用这个文件句柄来进行读写。

match 的另一个分支处理从 File::open 得到 Err 值的情况。在这种情况下,我们选择调用 panic! 宏。如果当前目录没有一个叫做 hello.txt 的文件,当运行这段代码时会看到如下来自 panic! 宏的输出。

匹配不同的错误

示例 9-4 中的代码不管 File::open 是因为什么原因失败都会 panic!。我们真正希望的是对不同的错误原因采取不同的行为:如果 File::open 因为文件不存在而失败,我们希望创建这个文件并返回新文件的句柄。如果 File::open 因为任何其他原因失败,例如没有打开文件的权限,我们仍然希望panic!。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
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),
},
other_error => panic!("Problem opening the file: {:?}", other_error),
},
};
}

File::open 返回的 Err 成员中的值类型 io::Error,它是一个标准库中提供的结构体。这个结构体有一个返回 io::ErrorKind 值的 kind 方法可供调用。io::ErrorKind 是一个标准库提供的枚举,它的成员对应 io 操作可能导致的不同错误类型。我们感兴趣的成员是 ErrorKind::NotFound,它代表尝试打开的文件并不存在。这样,match 就匹配完 f 了,不过对于 error.kind() 还有一个内层 match。

我们希望在内层 match 中检查的条件是 error.kind() 的返回值是否为 ErrorKind的 NotFound 成员。如果是,则尝试通过 File::create 创建文件。然而因为 File::create 也可能会失败,还需要增加一个内层 match 语句。当文件不能被打开,会打印出一个不同的错误信息。外层 match 的最后一个分支保持不变,这样对任何除了文件不存在的错误会使程序 panic。

Result 有很多接受闭包的方法,并采用 match 表达式实现。一个更老练的 Rustacean 可能会这么写:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
use std::fs::File;
use std::io::ErrorKind;

fn main() {
let f = 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);
}
});
}

虽然这段代码有着如示例一样的行为,但并没有包含任何 match 表达式且更容易阅读。在处理错误时,还有很多这类方法可以消除大量嵌套的 match 表达式。

失败时 panic 的简写:unwrap 和 expect

match 能够胜任它的工作,不过它可能有点冗长并且不总是能很好的表明其意图。Result 类型定义了很多辅助方法来处理各种情况。其中之一叫做 unwrap,它的实现就类似于 match 语句。如果 Result 值是成员 Ok,unwrap 会返回 Ok 中的值。如果 Result 是成员 Err,unwrap 会为我们调用 panic!。这里是一个实践 unwrap 的例子:

1
2
3
4
5
use std::fs::File;

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

还有另一个类似于 unwrap 的方法它还允许我们选择 panic! 的错误信息:expect。使用 expect 而不是 unwrap 并提供一个好的错误信息可以表明你的意图并更易于追踪 panic 的根源。expect 的语法看起来像这样:

1
2
3
4
5
use std::fs::File;

fn main() {
let f = File::open("hello.txt").expect("Failed to open hello.txt");
}

expect 与 unwrap 的使用方式一样:返回文件句柄或调用 panic! 宏。expect 在调用 panic! 时使用的错误信息将是我们传递给 expect 的参数,而不像 unwrap 那样使用默认的 panic! 信息。

传播错误

当编写一个其实现会调用一些可能会失败的操作的函数时,除了在这个函数中处理错误外,还可以选择让调用者知道这个错误并决定该如何处理。这被称为 传播(propagating)错误,这样能更好的控制代码调用,因为比起你代码所拥有的上下文,调用者可能拥有更多信息或逻辑来决定应该如何处理错误。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
use std::io;
use std::io::Read;
use std::fs::File;

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),
}
}

首先让我们看看函数的返回值:Result。这意味着函数返回一个 Result 类型的值,其中泛型参数 T 的具体类型是 String,而 E 的具体类型是 io::Error。如果这个函数没有出任何错误成功返回,函数的调用者会收到一个包含 String 的 Ok 值 —— 函数从文件中读取到的用户名。如果函数遇到任何错误,函数的调用者会收到一个 Err 值,它储存了一个包含更多这个问题相关信息的 io::Error 实例。这里选择 io::Error 作为函数的返回值是因为它正好是函数体中那两个可能会失败的操作的错误返回值:File::open 函数和 read_to_string 方法。

函数体以 File::open 函数开头。接着使用 match 处理返回值 Result,类似于示例中的 match,唯一的区别是当 Err 时不再调用 panic!,而是提早返回并将 File::open 返回的错误值作为函数的错误返回值传递给调用者。如果 File::open 成功了,我们将文件句柄储存在变量 f 中并继续。

接着我们在变量 s 中创建了一个新 String 并调用文件句柄 f 的 read_to_string 方法来将文件的内容读取到 s 中。read_to_string 方法也返回一个 Result 因为它也可能会失败:哪怕是 File::open 已经成功了。所以我们需要另一个 match 来处理这个 Result:如果 read_to_string 成功了,那么这个函数就成功了,并返回文件中的用户名,它现在位于被封装进 Ok 的 s 中。如果read_to_string 失败了,则像之前处理 File::open 的返回值的 match 那样返回错误值。不过并不需要显式的调用 return,因为这是函数的最后一个表达式。

调用这个函数的代码最终会得到一个包含用户名的 Ok 值,或者一个包含 io::Error 的 Err 值。我们无从得知调用者会如何处理这些值。例如,如果他们得到了一个 Err 值,他们可能会选择 panic! 并使程序崩溃、使用一个默认的用户名或者从文件之外的地方寻找用户名。我们没有足够的信息知晓调用者具体会如何尝试,所以将所有的成功或失败信息向上传播,让他们选择合适的处理方法。

这种传播错误的模式在 Rust 是如此的常见,以至于 Rust 提供了 ? 问号运算符来使其更易于处理。

传播错误的简写:? 运算符

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
use std::io;
use std::io::Read;
use std::fs::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)
}

Result 值之后的 ? 处理 Result 值的 match 表达式有着完全相同的工作方式。如果 Result 的值是 Ok,这个表达式将会返回 Ok 中的值而程序将继续执行。如果值是 Err,Err 中的值将作为整个函数的返回值,就好像使用了 return 关键字一样,这样错误值就被传播给了调用者。

match 表达式与问号运算符所做的有一点不同:? 运算符所使用的错误值被传递给了 from 函数,它定义于标准库的 From trait 中,其用来将错误从一种类型转换为另一种类型。当 ? 运算符调用 from 函数时,收到的错误类型被转换为由当前函数返回类型所指定的错误类型。这在当函数返回单个错误类型来代表所有可能失败的方式时很有用,即使其可能会因很多种原因失败。只要每一个错误类型都实现了 from 函数来定义如何将自身转换为返回的错误类型,? 运算符会自动处理这些转换。

File::open 调用结尾的 ? 将会把 Ok 中的值返回给变量 f。如果出现了错误,? 运算符会提早返回整个函数并将一些 Err 值传播给调用者。同理也适用于 read_to_string 调用结尾的 ?。

? 运算符消除了大量样板代码并使得函数的实现更简单。我们甚至可以在 ? 之后直接使用链式方法调用来进一步缩短代码:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
use std::io;
use std::io::Read;
use std::fs::File;

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

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

Ok(s)
}

在 s 中创建新的 String 被放到了函数开头;这一部分没有变化。我们对 File::open(“hello.txt”)? 的结果直接链式调用了 read_to_string,而不再创建变量 f。仍然需要 read_to_string 调用结尾的 ?,而且当 File::open 和 read_to_string 都成功没有失败时返回包含用户名 s 的 Ok 值。其功能保持一致,不过这是一个与众不同且更符合工程学(ergonomic)的写法。

说到编写这个函数的不同方法,甚至还有一个更短的写法:

1
2
3
4
5
6
use std::io;
use std::fs;

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

将文件读取到一个字符串是相当常见的操作,所以 Rust 提供了名为 fs::read_to_string 的函数,它会打开文件、新建一个 String、读取文件的内容,并将内容放入 String,接着返回它。当然,这样做就没有展示所有这些错误处理的机会了,所以我们最初就选择了艰苦的道路。

? 运算符可被用于返回 Result 的函数

? 运算符可被用于返回值类型为 Result 的函数,match 的 return Err(e) 部分要求返回值类型是 Result,所以函数的返回值必须是 Result 才能与这个 return 相兼容。

让我们看看在 main 函数中使用 ? 运算符会发生什么,如果你还记得的话其返回值类型是():

1
2
3
4
5
use std::fs::File;

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

当编译这些代码,会得到如下错误信息:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
error[E0277]: the `?` operator can only be used in a function that returns
`Result` or `Option` (or another type that implements `std::ops::Try`)
--> src/main.rs:4:13
|
4 | let f = File::open("hello.txt")?;
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ cannot use the `?` operator in a
function that returns `()`
|
= help: the trait `std::ops::Try` is not implemented for `()`
= note: required by `std::ops::Try::from_error`

错误指出只能在返回 Result 或者其它实现了 std::ops::Try 的类型的函数中使用 ? 运算符。当你期望在不返回 Result 的函数中调用其他返回 Result 的函数时使用 ? 的话,有两种方法修复这个问题。一种技巧是将函数返回值类型修改为 Result,如果没有其它限制阻止你这么做的话。另一种技巧是通过合适的方法使用 match 或 Result 的方法之一来处理 Result

main 函数是特殊的,其必须返回什么类型是有限制的。main 函数的一个有效的返回值是 (),同时出于方便,另一个有效的返回值是 Result,如下所示:

1
2
3
4
5
6
7
8
use std::error::Error;
use std::fs::File;

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

Ok(())
}

Box 被称为 “trait 对象”(“trait object”)。目前可以理解 Box 为使用 ? 时 main 允许返回的 “任何类型的错误”。

panic! 还是不 panic!

那么,该如何决定何时应该 panic! 以及何时应该返回 Result 呢?如果代码 panic,就没有恢复的可能。你可以选择对任何错误场景都调用 panic!,不管是否有可能恢复,不过这样就是你代替调用者决定了这是不可恢复的。选择返回 Result 值的话,就将选择权交给了调用者,而不是代替他们做出决定。调用者可能会选择以符合他们场景的方式尝试恢复,或者也可能干脆就认为 Err 是不可恢复的,所以他们也可能会调用 panic! 并将可恢复的错误变成了不可恢复的错误。因此返回 Result 是定义可能会失败的函数的一个好的默认选择。

有一些情况 panic 比返回 Result 更为合适,不过他们并不常见。让我们讨论一下为何在示例、代码原型和测试中,以及那些人们认为不会失败而编译器不这么看的情况下, panic 是合适的。章节最后会总结一些在库代码中如何决定是否要 panic 的通用指导原则。

示例、代码原型和测试都非常适合 panic

当你编写一个示例来展示一些概念时,在拥有健壮的错误处理代码的同时也会使得例子不那么明确。例如,调用一个类似 unwrap 这样可能 panic! 的方法可以被理解为一个你实际希望程序处理错误方式的占位符,它根据其余代码运行方式可能会各不相同。

类似地,在我们准备好决定如何处理错误之前,unwrap和expect方法在原型设计时非常方便。当我们准备好让程序更加健壮时,它们会在代码中留下清晰的标记。

如果方法调用在测试中失败了,我们希望这个测试都失败,即便这个方法并不是需要测试的功能。因为 panic! 会将测试标记为失败,此时调用 unwrap 或 expect 是恰当的。

当我们比编译器知道更多的情况

当你有一些其他的逻辑来确保 Result 会是 Ok 值时,调用 unwrap 也是合适的,虽然编译器无法理解这种逻辑。你仍然需要处理一个 Result 值:即使在你的特定情况下逻辑上是不可能的,你所调用的任何操作仍然有可能失败。如果通过人工检查代码来确保永远也不会出现 Err 值,那么调用 unwrap 也是完全可以接受的,这里是一个例子:

1
2
3
use std::net::IpAddr;

let home: IpAddr = "127.0.0.1".parse().unwrap();

我们通过解析一个硬编码的字符来创建一个 IpAddr 实例。可以看出 127.0.0.1 是一个有效的 IP 地址,所以这里使用 unwrap 是可以接受的。然而,拥有一个硬编码的有效的字符串也不能改变 parse 方法的返回值类型:它仍然是一个 Result 值,而编译器仍然会要求我们处理这个 Result,好像还是有可能出现 Err 成员那样。这是因为编译器还没有智能到可以识别出这个字符串总是一个有效的 IP 地址。如果 IP 地址字符串来源于用户而不是硬编码进程序中的话,那么就 确实 有失败的可能性,这时就绝对需要我们以一种更健壮的方式处理 Result 了。

错误处理指导原则

在当有可能会导致有害状态的情况下建议使用 panic! —— 在这里,有害状态是指当一些假设、保证、协议或不可变性被打破的状态,例如无效的值、自相矛盾的值或者被传递了不存在的值 —— 外加如下几种情况:

有害状态并不包含 预期 会偶尔发生的错误
在此之后代码的运行依赖于不处于这种有害状态
当没有可行的手段来将有害状态信息编码进所使用的类型中的情况
如果别人调用你的代码并传递了一个没有意义的值,最好的情况也许就是 panic! 并警告使用你的库的人他的代码中有 bug 以便他能在开发时就修复它。类似的,如果你正在调用不受你控制的外部代码,并且它返回了一个你无法修复的无效状态,那么 panic! 往往是合适的。

然而当错误预期会出现时,返回 Result 仍要比调用 panic! 更为合适。这样的例子包括解析器接收到格式错误的数据,或者 HTTP 请求返回了一个表明触发了限流的状态。在这些例子中,应该通过返回 Result 来表明失败预期是可能的,这样将有害状态向上传播,调用者就可以决定该如何处理这个问题。使用 panic! 来处理这些情况就不是最好的选择。

当代码对值进行操作时,应该首先验证值是有效的,并在其无效时 panic!。这主要是出于安全的原因:尝试操作无效数据会暴露代码漏洞,这就是标准库在尝试越界访问数组时会 panic! 的主要原因:尝试访问不属于当前数据结构的内存是一个常见的安全隐患。函数通常都遵循 契约(contracts):他们的行为只有在输入满足特定条件时才能得到保证。当违反契约时 panic 是有道理的,因为这通常代表调用方的 bug,而且这也不是那种你希望所调用的代码必须处理的错误。事实上所调用的代码也没有合理的方式来恢复,而是需要调用方的 程序员 修复其代码。函数的契约,尤其是当违反它会造成 panic 的契约,应该在函数的 API 文档中得到解释。

虽然在所有函数中都拥有许多错误检查是冗长而烦人的。幸运的是,可以利用 Rust 的类型系统(以及编译器的类型检查)为你进行很多检查。如果函数有一个特定类型的参数,可以在知晓编译器已经确保其拥有一个有效值的前提下进行你的代码逻辑。例如,如果你使用了一个并不是 Option 的类型,则程序期望它是 有值 的并且不是 空值。你的代码无需处理 Some 和 None 这两种情况,它只会有一种情况就是绝对会有一个值。尝试向函数传递空值的代码甚至根本不能编译,所以你的函数在运行时没有必要判空。另外一个例子是使用像 u32 这样的无符号整型,也会确保它永远不为负。

创建自定义类型进行有效性验证

让我们使用 Rust 类型系统的思想来进一步确保值的有效性,并尝试创建一个自定义类型以进行验证。回忆一下猜猜看游戏,我们的代码要求用户猜测一个 1 到 100 之间的数字,在将其与秘密数字做比较之前我们从未验证用户的猜测是位于这两个数字之间的,我们只验证它是否为正。在这种情况下,其影响并不是很严重:“Too high” 或 “Too low” 的输出仍然是正确的。但是这是一个很好的引导用户得出有效猜测的辅助,例如当用户猜测一个超出范围的数字或者输入字母时采取不同的行为。

一种实现方式是将猜测解析成 i32 而不仅仅是 u32,来默许输入负数,接着检查数字是否在范围内:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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--
}

if 表达式检查了值是否超出范围,告诉用户出了什么问题,并调用 continue 开始下一次循环,请求另一个猜测。if 表达式之后,就可以在知道 guess 在 1 到 100 之间的情况下与秘密数字作比较了。

然而,这并不是一个理想的解决方案:如果让程序仅仅处理 1 到 100 之间的值是一个绝对需要满足的要求,而且程序中的很多函数都有这样的要求,在每个函数中都有这样的检查将是非常冗余的(并可能潜在的影响性能)。

相反我们可以创建一个新类型来将验证放入创建其实例的函数中,而不是到处重复这些检查。这样就可以安全的在函数签名中使用新类型并相信他们接收到的值。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

pub struct Guess {
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
}
}

pub fn value(&self) -> i32 {
self.value
}
}

首先,我们定义了一个包含 i32 类型字段 value 的结构体 Guess。这里是储存猜测值的地方。

接着在 Guess 上实现了一个叫做 new 的关联函数来创建 Guess 的实例。new 定义为接收一个 i32 类型的参数 value 并返回一个 Guess。new 函数中代码的测试确保了其值是在 1 到 100 之间的。如果 value 没有通过测试则调用 panic!,这会警告调用这个函数的程序员有一个需要修改的 bug,因为创建一个 value 超出范围的 Guess 将会违反 Guess::new 所遵循的契约。Guess::new 会出现 panic 的条件应该在其公有 API 文档中被提及;如果 value 通过了测试,我们新建一个 Guess,其字段 value 将被设置为参数 value 的值,接着返回这个 Guess。

接着,我们实现了一个借用了 self 的方法 value,它没有任何其他参数并返回一个 i32。这类方法有时被称为 getter,因为它的目的就是返回对应字段的数据。这样的公有方法是必要的,因为 Guess 结构体的 value 字段是私有的。私有的字段 value 是很重要的,这样使用 Guess 结构体的代码将不允许直接设置 value 的值:调用者 必须 使用 Guess::new 方法来创建一个 Guess 的实例,这就确保了不会存在一个 value 没有通过 Guess::new 函数的条件检查的 Guess。

于是,一个接收(或返回) 1 到 100 之间数字的函数就可以声明为接收(或返回) Guess的实例,而不是 i32,同时其函数体中也无需进行任何额外的检查。


All articles in this blog adopt the CC BY-SA 4.0 agreement unless otherwise stated. Please indicate the source for reprinting!