使用 Result 处理可恢复错误
大多数错误都没有严重到需要完全停止程序运行。有时，当函数失败时，其原因很容易解释和响应。例如，如果你尝试打开一个文件，但由于文件不存在而导致操作失败，你可能希望创建该文件而不是终止进程。
回想一下第二章“使用 Result 处理潜在的失败”中，Result 枚举被定义为具有两个成员，Ok 和 Err，如下所示
#![allow(unused)] fn main() { enum Result<T, E> { Ok(T), Err(E), } }
T 和 E 是泛型类型参数：我们将在第十章详细讨论泛型。你现在需要知道的是，T 表示在 Ok 成员中成功情况下返回的值的类型，而 E 表示在 Err 成员中失败情况下返回的错误的类型。因为 Result 拥有这些泛型类型参数，所以我们可以在许多不同的情况下使用 Result 类型及其定义的函数，这些情况下我们想要返回的成功值和错误值可能不同。
让我们调用一个返回 Result 值的函数，因为该函数可能会失败。在代码清单 9-3 中，我们尝试打开一个文件。
文件名：src/main.rs
use std::fs::File; fn main() { let greeting_file_result = File::open("hello.txt"); }
代码清单 9-3：打开文件
File::open 的返回类型是 Result<T, E>。泛型参数 T 已由 File::open 的实现填充为成功值的类型，即 std::fs::File，它是一个文件句柄。错误值中使用的 E 类型是 std::io::Error。此返回类型意味着对 File::open 的调用可能会成功并返回一个我们可以从中读取或写入的文件句柄。函数调用也可能会失败：例如，文件可能不存在，或者我们可能没有访问该文件的权限。File::open 函数需要一种方法来告诉我们它是成功还是失败，同时给我们文件句柄或错误信息。这些信息正是 Result 枚举所传达的。
如果 File::open 成功，变量 greeting_file_result 中的值将是一个包含文件句柄的 Ok 实例。如果失败，greeting_file_result 中的值将是一个包含有关发生的错误类型的更多信息的 Err 实例。
我们需要在代码清单 9-3 中添加代码，以便根据 File::open 返回的值采取不同的操作。代码清单 9-4 展示了一种使用基本工具 match 表达式来处理 Result 的方法，我们在第 6 章中讨论过。
文件名：src/main.rs
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:?}"), }; }
代码清单 9-4：使用 match 表达式处理可能返回的 Result 变体
请注意，与 Option 枚举一样，Result 枚举及其变体已由 prelude 引入作用域，因此我们无需在 match 分支中的 Ok 和 Err 变体之前指定 Result::。
当结果为 Ok 时，此代码将从 Ok 变体中返回内部的 file 值，然后我们将该文件句柄值赋给变量 greeting_file。在 match 之后，我们可以使用文件句柄进行读取或写入。
match 的另一个分支处理从 File::open 获取 Err 值的情况。在本例中，我们选择调用 panic! 宏。如果当前目录中没有名为 *hello.txt* 的文件，并且我们运行此代码，我们将看到 panic! 宏的以下输出
$ cargo run
Compiling error-handling v0.1.0 (file:///projects/error-handling)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.73s
Running `target/debug/error-handling`
thread 'main' panicked at src/main.rs:8:23:
Problem opening the file: Os { code: 2, kind: NotFound, message: "No such file or directory" }
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace
与往常一样，此输出准确地告诉我们出了什么问题。
匹配不同的错误
无论 File::open 失败的原因是什么，代码清单 9-4 中的代码都会 panic!。但是，我们希望针对不同的失败原因采取不同的操作：如果 File::open 因为文件不存在而失败，我们希望创建文件并返回新文件的句柄。如果 File::open 由于任何其他原因失败（例如，因为我们没有打开文件的权限），我们仍然希望代码以与代码清单 9-4 中相同的方式 panic!。为此，我们添加了一个内部 match 表达式，如代码清单 9-5 所示。
文件名：src/main.rs
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() {
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:?}");
}
},
};
}代码清单 9-5：以不同的方式处理不同类型的错误
File::open 在 Err 变体中返回的值的类型是 io::Error，它是标准库提供的结构体。此结构体有一个方法 kind，我们可以调用它来获取 io::ErrorKind 值。枚举 io::ErrorKind 由标准库提供，并且具有表示 io 操作可能导致的不同类型错误的变体。我们要使用的变体是 ErrorKind::NotFound，它表示我们尝试打开的文件尚不存在。因此，我们匹配 greeting_file_result，但我们在 error.kind() 上也有一个内部匹配。
我们想在内部匹配中检查的条件是 error.kind() 返回的值是否是 ErrorKind 枚举的 NotFound 变体。如果是，我们尝试使用 File::create 创建文件。但是，因为 File::create 也可能失败，所以我们需要在内部 match 表达式中使用第二个分支。当无法创建文件时，会打印不同的错误消息。外部 match 的第二个分支保持不变，因此程序会在除缺少文件错误之外的任何错误上出现 panic。
使用
match处理Result<T, E>的替代方法这用了很多
match！match表达式非常有用，但也非常原始。在第 13 章中，您将学习闭包，它与Result<T, E>上定义的许多方法一起使用。在代码中处理Result<T, E>值时，这些方法比使用match更简洁。例如，以下是编写与代码清单 9-5 相同逻辑的另一种方法，这次使用闭包和
unwrap_or_else方法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:?}"); } }); }尽管此代码与代码清单 9-5 具有相同的行为，但它不包含任何
match表达式，并且更易于阅读。阅读第 13 章后，请回到此示例，并在标准库文档中查找unwrap_or_else方法。当您处理错误时，这些方法中的更多方法可以清理巨大的嵌套match表达式。
错误时 Panic 的快捷方式：unwrap 和 expect
使用 match 可以很好地工作，但它可能有点冗长，并且并不总是能很好地传达意图。Result<T, E> 类型在其上定义了许多辅助方法来执行各种更具体的任务。unwrap 方法是一种快捷方法，其实现方式与我们在代码清单 9-4 中编写的 match 表达式完全相同。如果 Result 值是 Ok 变体，则 unwrap 将返回 Ok 中的值。如果 Result 是 Err 变体，则 unwrap 将为我们调用 panic! 宏。以下是 unwrap 的实际应用示例
文件名：src/main.rs
use std::fs::File; fn main() { let greeting_file = File::open("hello.txt").unwrap(); }
如果我们在没有 *hello.txt* 文件的情况下运行此代码，我们将看到 unwrap 方法发出的 panic! 调用的错误消息
thread 'main' panicked at src/main.rs:4:49:
called `Result::unwrap()` on an `Err` value: Os { code: 2, kind: NotFound, message: "No such file or directory" }
同样，expect 方法也允许我们选择 panic! 错误消息。使用 expect 而不是 unwrap 并提供良好的错误消息可以传达您的意图，并使跟踪 panic 源更容易。expect 的语法如下所示
文件名：src/main.rs
use std::fs::File; fn main() { let greeting_file = File::open("hello.txt") .expect("hello.txt should be included in this project"); }
我们以与 unwrap 相同的方式使用 expect：返回文件句柄或调用 panic! 宏。expect 在其对 panic! 的调用中使用的错误消息将是我们传递给 expect 的参数，而不是 unwrap 使用的默认 panic! 消息。它看起来像这样
thread 'main' panicked at src/main.rs:5:10:
hello.txt should be included in this project: Os { code: 2, kind: NotFound, message: "No such file or directory" }
在生产质量的代码中，大多数 Rustacean 选择 expect 而不是 unwrap，并提供更多关于为什么预期操作始终会成功的上下文。这样，如果您的假设被证明是错误的，您将获得更多用于调试的信息。
传播错误
当函数的实现调用可能失败的内容时，您可以将错误返回给调用代码，而不是在函数本身内部处理错误，以便调用代码可以决定要做什么。这称为*传播*错误，并为调用代码提供更多控制权，在调用代码中，可能有比您在代码上下文中可用的更多信息或逻辑来决定如何处理错误。
例如，代码清单 9-6 显示了一个从文件中读取用户名的函数。如果文件不存在或无法读取，此函数会将这些错误返回给调用该函数的代码。
文件名：src/main.rs
#![allow(unused)] fn main() { 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), } } }
代码清单 9-6：使用 match 将错误返回给调用代码的函数
这个函数可以用更短的方式编写，但为了探索错误处理，我们将从手动完成很多工作开始；最后，我们将展示更短的方法。让我们先看一下函数的返回类型：Result<String, io::Error>。这意味着该函数返回类型为 Result<T, E> 的值，其中泛型参数 T 已填充为具体类型 String，泛型类型 E 已填充为具体类型 io::Error。
如果此函数成功完成且没有任何问题，则调用此函数的代码将收到一个包含 String 的 Ok 值，该值是此函数从文件中读取的用户名。如果此函数遇到任何问题，调用代码将收到一个 Err 值，该值包含一个 io::Error 实例，其中包含有关问题是什么的更多信息。我们选择 io::Error 作为此函数的返回类型，因为这恰好是此函数体中我们调用的两个可能失败的操作返回的错误值的类型：File::open 函数和 read_to_string 方法。
函数体首先调用 File::open 函数。然后，我们使用类似于代码清单 9-4 中的 match 的 match 处理 Result 值。如果 File::open 成功，则模式变量 file 中的文件句柄将成为可变变量 username_file 中的值，并且函数继续执行。在 Err 情况下，我们不调用 panic!，而是使用 return 关键字从函数中提前返回，并将来自 File::open 的错误值（现在位于模式变量 e 中）作为此函数的错误值返回给调用代码。
所以，如果我们在 username_file 中有一个文件句柄，函数会在变量 username 中创建一个新的 String，并调用 username_file 中文件句柄上的 read_to_string 方法，将文件内容读取到 username 中。read_to_string 方法也会返回一个 Result，因为它可能会失败，即使 File::open 成功了。所以我们需要另一个 match 来处理 Result：如果 read_to_string 成功，那么我们的函数就成功了，我们返回文件中现在在 username 中的用户名，并用 Ok 包裹。如果 read_to_string 失败，我们返回错误值，就像我们在处理 File::open 返回值的 match 中返回错误值一样。但是，我们不需要显式地写 return，因为这是函数中的最后一个表达式。
调用此代码的代码将处理获取包含用户名的 Ok 值或包含 io::Error 的 Err 值。如何处理这些值取决于调用代码。例如，如果调用代码获取 Err 值，它可以调用 panic! 并使程序崩溃，使用默认用户名，或者从文件以外的地方查找用户名。我们没有足够的信息来了解调用代码实际要做什么，所以我们将所有成功或错误信息向上传播，以便它能够适当地处理。
这种传播错误的模式在 Rust 中非常常见，以至于 Rust 提供了问号运算符 ? 来简化这一过程。
传播错误的快捷方式：? 运算符
清单 9-7 展示了 read_username_from_file 的实现，它与清单 9-6 中的功能相同，但此实现使用了 ? 运算符。
文件名：src/main.rs
#![allow(unused)] fn main() { 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) } }
清单 9-7：使用 ? 运算符将错误返回给调用代码的函数
放在 Result 值后面的 ? 的工作方式与我们在清单 9-6 中定义的用于处理 Result 值的 match 表达式几乎相同。如果 Result 的值为 Ok，则 Ok 中的值将从此表达式返回，程序将继续执行。如果值为 Err，则 Err 将从整个函数返回，就像我们使用了 return 关键字一样，因此错误值将传播到调用代码。
清单 9-6 中的 match 表达式和 ? 运算符的功能之间存在差异：调用了 ? 运算符的错误值会经过标准库中 From trait 中定义的 from 函数，该函数用于将值从一种类型转换为另一种类型。当 ? 运算符调用 from 函数时，接收到的错误类型将转换为当前函数的返回类型中定义的错误类型。当函数返回一个错误类型来表示函数可能失败的所有方式时，这很有用，即使部分失败的原因可能有很多种。
例如，我们可以将清单 9-7 中的 read_username_from_file 函数更改为返回我们定义的名为 OurError 的自定义错误类型。如果我们还定义 impl From<io::Error> for OurError 以从 io::Error 构造 OurError 的实例，则 read_username_from_file 主体中的 ? 运算符调用将调用 from 并转换错误类型，而无需向函数添加任何更多代码。
在清单 9-7 的上下文中，File::open 调用末尾的 ? 会将 Ok 中的值返回给变量 username_file。如果发生错误，? 运算符将从整个函数中提前返回，并将任何 Err 值提供给调用代码。read_to_string 调用末尾的 ? 也是如此。
? 运算符消除了很多样板代码，并使该函数的实现更加简单。我们甚至可以通过在 ? 之后立即链接方法调用来进一步缩短此代码，如清单 9-8 所示。
文件名：src/main.rs
#![allow(unused)] fn main() { 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) } }
清单 9-8：在 ? 运算符之后链接方法调用
我们将 username 中新 String 的创建移到了函数的开头；这部分没有改变。我们没有创建变量 username_file，而是将对 read_to_string 的调用直接链接到 File::open("hello.txt")? 的结果上。我们在 read_to_string 调用的末尾仍然有一个 ?，并且当 File::open 和 read_to_string 都成功时，我们仍然返回一个包含 username 的 Ok 值，而不是返回错误。其功能与清单 9-6 和清单 9-7 中的功能相同；这只是另一种更符合人体工程学的编写方式。
清单 9-9 展示了一种使用 fs::read_to_string 使其更短的方法。
文件名：src/main.rs
#![allow(unused)] fn main() { use std::fs; use std::io; fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> { fs::read_to_string("hello.txt") } }
清单 9-9：使用 fs::read_to_string 而不是打开然后读取文件
将文件读取为字符串是一个相当常见的操作，因此标准库提供了方便的 fs::read_to_string 函数，该函数打开文件，创建一个新的 String，读取文件内容，将内容放入该 String 中，然后返回它。当然，使用 fs::read_to_string 不会让我们有机会解释所有错误处理，所以我们先用较长的方式来做。
? 运算符可以在哪里使用
? 运算符只能在返回类型与使用 ? 的值的类型兼容的函数中使用。这是因为 ? 运算符被定义为以与我们在清单 9-6 中定义的 match 表达式相同的方式从函数中提前返回一个值。在清单 9-6 中，match 使用的是 Result 值，而提前返回的分支返回的是 Err(e) 值。函数的返回类型必须是 Result，以便与该 return 兼容。
在清单 9-10 中，让我们看看如果我们在返回类型与使用 ? 的值的类型不兼容的 main 函数中使用 ? 运算符会得到什么错误
文件名：src/main.rs
use std::fs::File;
fn main() {
let greeting_file = File::open("hello.txt")?;
}清单 9-10：尝试在返回 () 的 main 函数中使用 ? 将无法编译
此代码打开一个文件，这可能会失败。? 运算符跟随 File::open 返回的 Result 值，但此 main 函数的返回类型为 ()，而不是 Result。当我们编译此代码时，会得到以下错误消息
$ cargo run
Compiling error-handling v0.1.0 (file:///projects/error-handling)
error[E0277]: the `?` operator can only be used in a function that returns `Result` or `Option` (or another type that implements `FromResidual`)
--> src/main.rs:4:48
|
3 | fn main() {
| --------- this function should return `Result` or `Option` to accept `?`
4 | let greeting_file = File::open("hello.txt")?;
| ^ cannot use the `?` operator in a function that returns `()`
|
= help: the trait `FromResidual<Result<Infallible, std::io::Error>>` is not implemented for `()`
For more information about this error, try `rustc --explain E0277`.
error: could not compile `error-handling` (bin "error-handling") due to 1 previous error
此错误指出，我们只允许在返回 Result、Option 或其他实现 FromResidual 的类型的函数中使用 ? 运算符。
要修复此错误，您有两个选择。一种选择是更改函数的返回类型，使其与您正在使用的 ? 运算符的值兼容，只要您没有阻止这样做的限制。另一种技术是使用 match 或 Result<T, E> 方法之一以任何适当的方式处理 Result<T, E>。
错误消息还提到 ? 也可以与 Option<T> 值一起使用。与在 Result 上使用 ? 一样，您只能在返回 Option 的函数中对 Option 使用 ?。在 Option<T> 上调用 ? 运算符的行为与其在 Result<T, E> 上调用时的行为类似：如果值为 None，则 None 将在该点从函数中提前返回。如果值为 Some，则 Some 中的值是表达式的结果值，函数将继续执行。清单 9-11 中有一个函数示例，该函数查找给定文本中第一行的最后一个字符
fn last_char_of_first_line(text: &str) -> Option<char> { text.lines().next()?.chars().last() } fn main() { assert_eq!( last_char_of_first_line("Hello, world\nHow are you today?"), Some('d') ); assert_eq!(last_char_of_first_line(""), None); assert_eq!(last_char_of_first_line("\nhi"), None); }
清单 9-11：在 Option<T> 值上使用 ? 运算符
此函数返回 Option<char>，因为那里可能有一个字符，但也可能没有。此代码获取 text 字符串切片参数，并对其调用 lines 方法，该方法返回字符串中各行的迭代器。因为此函数要检查第一行，所以它在迭代器上调用 next 以从迭代器中获取第一个值。如果 text 是空字符串，则此对 next 的调用将返回 None，在这种情况下，我们使用 ? 停止并从 last_char_of_first_line 返回 None。如果 text 不是空字符串，则 next 将返回一个 Some 值，其中包含 text 中第一行的字符串切片。
? 提取字符串切片，我们可以对该字符串切片调用 chars 以获取其字符的迭代器。我们对这第一行中的最后一个字符感兴趣，因此我们调用 last 以返回迭代器中的最后一项。这是一个 Option，因为第一行可能是空字符串，例如，如果 text 以空行开头但在其他行上有字符，如 "\nhi"。但是，如果第一行中存在最后一个字符，则它将在 Some 变体中返回。中间的 ? 运算符为我们提供了一种简洁的方式来表达这种逻辑，使我们能够在一行中实现该函数。如果我们不能在 Option 上使用 ? 运算符，则必须使用更多方法调用或 match 表达式来实现此逻辑。
请注意，您可以在返回 Result 的函数中对 Result 使用 ? 运算符，并且可以在返回 Option 的函数中对 Option 使用 ? 运算符，但不能混合使用。? 运算符不会自动将 Result 转换为 Option，反之亦然；在这些情况下，您可以使用 Result 上的 ok 方法或 Option 上的 ok_or 方法来显式执行转换。
到目前为止，我们使用的所有 main 函数都返回 ()。main 函数很特殊，因为它是可执行程序的入口点和出口点，并且对其返回类型有一些限制，以使程序按预期运行。
幸运的是，main 也可以返回 Result<(), E>。清单 9-12 中有清单 9-10 中的代码，但我们将 main 的返回类型更改为 Result<(), Box<dyn Error>>，并在末尾添加了返回值 Ok(())。此代码现在可以编译了
use std::error::Error;
use std::fs::File;
fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
let greeting_file = File::open("hello.txt")?;
Ok(())
}清单 9-12：将 main 更改为返回 Result<(), E> 允许在 Result 值上使用 ? 运算符
Box<dyn Error> 类型是一个*特征对象*，我们将在第 17 章的“使用允许不同类型值的特征对象”一节中讨论它。现在，您可以将 Box<dyn Error> 读作“任何类型的错误”。在错误类型为 Box<dyn Error> 的 main 函数中对 Result 值使用 ? 是允许的，因为它允许提前返回任何 Err 值。即使此 main 函数的主体只会返回 std::io::Error 类型的错误，但通过指定 Box<dyn Error>，即使向 main 的主体添加了更多返回其他错误的代码，此签名也将继续有效。
当 main 函数返回 Result<(), E> 时，如果 main 返回 Ok(())，则可执行文件将以值 0 退出；如果 main 返回 Err 值，则可执行文件将以非零值退出。用 C 编写的可执行文件在退出时返回整数：成功退出的程序返回整数 0，而出错的程序返回 0 以外的某个整数。Rust 也从可执行文件中返回整数，以与该约定兼容。
main 函数可以返回任何实现 std::process::Termination trait 的类型，该 trait 包含一个返回 ExitCode 的函数 report。有关为自定义类型实现 Termination trait 的更多信息，请参阅标准库文档。
现在我们已经讨论了调用 panic! 或返回 Result 的细节，让我们回到如何决定在哪些情况下使用哪个更合适的话题。