错误处理

错误处理(Error handling) 是响应错误以及从错误中恢复的过程。Swift 在运行时提供了抛出、捕获、传递和操作可恢复错误(recoverable errors)的一等支持(first-class support)。

某些操作无法保证总是执行完所有代码或生成有用的结果。可选类型用来表示值缺失,但是当某个操作失败时,理解造成失败的原因有助于你的代码作出相应的应对。

举个例子,假如有个从磁盘上的某个文件读取数据并进行处理的任务,该任务会有多种可能失败的情况,包括指定路径下文件并不存在,文件不具有可读权限,或者文件编码格式不兼容。区分这些不同的失败情况可以让程序处理并解决某些错误,然后把它解决不了的错误报告给用户。

注意

Swift 中的错误处理涉及到错误处理模式,这会用到 Cocoa 和 Objective-C 中的 NSError。更多详情参见 用 Swift 解决 Cocoa 错误

表示与抛出错误

在 Swift 中,错误用遵循 Error 协议的类型的值来表示。这个空协议表明该类型可以用于错误处理。

Swift 的枚举类型尤为适合构建一组相关的错误状态,枚举的关联值还可以提供错误状态的额外信息。例如,在游戏中操作自动贩卖机时,你可以这样表示可能会出现的错误状态:

enum VendingMachineError: Error {
    case invalidSelection                    //选择无效
    case insufficientFunds(coinsNeeded: Int) //金额不足
    case outOfStock                          //缺货
}

抛出一个错误可以让你表明有意外情况发生,导致正常的执行流程无法继续执行。抛出错误使用 throw 语句。例如,下面的代码抛出一个错误,提示贩卖机还需要 5 个硬币:

throw VendingMachineError.insufficientFunds(coinsNeeded: 5)

处理错误

某个错误被抛出时,附近的某部分代码必须负责处理这个错误,例如纠正这个问题、尝试另外一种方式、或是向用户报告错误。

Swift 中有 4 种处理错误的方式。你可以把函数抛出的错误传递给调用此函数的代码、用 do-catch 语句处理错误、将错误作为可选类型处理、或者断言此错误根本不会发生。每种方式在下面的小节中都有描述。

当一个函数抛出一个错误时,你的程序流程会发生改变,所以重要的是你能迅速识别代码中会抛出错误的地方。为了标识出这些地方,在调用一个能抛出错误的函数、方法或者构造器之前,加上 try 关键字,或者 try?try! 这种变体。这些关键字在下面的小节中有具体讲解。

注意

Swift 中的错误处理和其他语言中用 trycatchthrow 进行异常处理很像。和其他语言中(包括 Objective-C )的异常处理不同的是,Swift 中的错误处理并不涉及解除调用栈,这是一个计算代价高昂的过程。就此而言,throw 语句的性能特性是可以和 return 语句相媲美的。

用 throwing 函数传递错误

为了表示一个函数、方法或构造器可以抛出错误,在函数声明的参数之后加上 throws 关键字。一个标有 throws 关键字的函数被称作 throwing 函数。如果这个函数指明了返回值类型,throws 关键词需要写在返回箭头(->)的前面。

func canThrowErrors() throws -> String

func cannotThrowErrors() -> String

一个 throwing 函数可以在其内部抛出错误,并将错误传递到函数被调用时的作用域。

注意

只有 throwing 函数可以传递错误。任何在某个非 throwing 函数内部抛出的错误只能在函数内部处理。

下面的例子中,VendingMachine 类有一个 vend(itemNamed:) 方法,如果请求的物品不存在、缺货或者投入金额小于物品价格,该方法就会抛出一个相应的 VendingMachineError

struct Item {
    var price: Int
    var count: Int
}

class VendingMachine {
    var inventory = [
        "Candy Bar": Item(price: 12, count: 7),
        "Chips": Item(price: 10, count: 4),
        "Pretzels": Item(price: 7, count: 11)
    ]
    var coinsDeposited = 0

    func vend(itemNamed name: String) throws {
        guard let item = inventory[name] else {
            throw VendingMachineError.invalidSelection
        }

        guard item.count > 0 else {
            throw VendingMachineError.outOfStock
        }

        guard item.price <= coinsDeposited else {
            throw VendingMachineError.insufficientFunds(coinsNeeded: item.price - coinsDeposited)
        }

        coinsDeposited -= item.price

        var newItem = item
        newItem.count -= 1
        inventory[name] = newItem

        print("Dispensing \(name)")
    }
}

vend(itemNamed:) 方法的实现中使用了 guard 语句来确保在购买某个物品所需的条件中有任一条件不满足时,能提前退出方法并抛出相应的错误。由于 throw 语句会立即退出方法,所以物品只有在所有条件都满足时才会被售出。

因为 vend(itemNamed:) 方法会传递出它抛出的任何错误,在你的代码中调用此方法的地方,必须要么直接处理这些错误——使用 do-catch 语句,try?try!;要么继续将这些错误传递下去。例如下面例子中,buyFavoriteSnack(person:vendingMachine:) 同样是一个 throwing 函数,任何由 vend(itemNamed:) 方法抛出的错误会一直被传递到 buyFavoriteSnack(person:vendingMachine:) 函数被调用的地方。

let favoriteSnacks = [
    "Alice": "Chips",
    "Bob": "Licorice",
    "Eve": "Pretzels",
]
func buyFavoriteSnack(person: String, vendingMachine: VendingMachine) throws {
    let snackName = favoriteSnacks[person] ?? "Candy Bar"
    try vendingMachine.vend(itemNamed: snackName)
}

上例中,buyFavoriteSnack(person:vendingMachine:) 函数会查找某人最喜欢的零食,并通过调用 vend(itemNamed:) 方法来尝试为他们购买。因为 vend(itemNamed:) 方法能抛出错误,所以在调用的它时候在它前面加了 try 关键字。

throwing 构造器能像 throwing 函数一样传递错误。例如下面代码中的 PurchasedSnack 构造器在构造过程中调用了 throwing 函数,并且通过传递到它的调用者来处理这些错误。

struct PurchasedSnack {
    let name: String
    init(name: String, vendingMachine: VendingMachine) throws {
        try vendingMachine.vend(itemNamed: name)
        self.name = name
    }
}
用 Do-Catch 处理错误

你可以使用一个 do-catch 语句运行一段闭包代码来处理错误。如果在 do 子句中的代码抛出了一个错误,这个错误会与 catch 子句做匹配,从而决定哪条子句能处理它。

下面是 do-catch 语句的一般形式:

do {
    try expression
    statements
} catch pattern 1 {
    statements
} catch pattern 2 where condition {
    statements
} catch {
    statements
}

catch 后面写一个匹配模式来表明这个子句能处理什么样的错误。如果一条 catch 子句没有指定匹配模式,那么这条子句可以匹配任何错误,并且把错误绑定到一个名字为 error 的局部常量。关于模式匹配的更多信息请参考 模式

举例来说,下面的代码处理了 VendingMachineError 枚举类型的全部三种情况:

var vendingMachine = VendingMachine()
vendingMachine.coinsDeposited = 8
do {
    try buyFavoriteSnack(person: "Alice", vendingMachine: vendingMachine)
    print("Success! Yum.")
} catch VendingMachineError.invalidSelection {
    print("Invalid Selection.")
} catch VendingMachineError.outOfStock {
    print("Out of Stock.")
} catch VendingMachineError.insufficientFunds(let coinsNeeded) {
    print("Insufficient funds. Please insert an additional \(coinsNeeded) coins.")
} catch {
    print("Unexpected error: \(error).")
}
// 打印“Insufficient funds. Please insert an additional 2 coins.”

上面的例子中,buyFavoriteSnack(person:vendingMachine:) 函数在一个 try 表达式中被调用,是因为它能抛出错误。如果错误被抛出,相应的执行会马上转移到 catch 子句中,并判断这个错误是否要被继续传递下去。如果错误没有被匹配,它会被最后一个 catch 语句捕获,并赋值给一个 error 常量。如果没有错误被抛出,do 子句中余下的语句就会被执行。

catch 子句不必将 do 子句中的代码所抛出的每一个可能的错误都作处理。如果所有 catch 子句都未处理错误,错误就会传递到周围的作用域。然而,错误还是必须要被某个周围的作用域处理的。在不会抛出错误的函数中,必须用 do-catch 语句处理错误。而能够抛出错误的函数既可以使用 do-catch 语句处理,也可以让调用方来处理错误。如果错误传递到了顶层作用域却依然没有被处理,你会得到一个运行时错误。

以下面的代码为例,不是 VendingMachineError 中申明的错误会在调用函数的地方被捕获:

func nourish(with item: String) throws {
    do {
        try vendingMachine.vend(itemNamed: item)
    } catch is VendingMachineError {
        print("Invalid selection, out of stock, or not enough money.")
    }
}

do {
    try nourish(with: "Beet-Flavored Chips")
} catch {
    print("Unexpected non-vending-machine-related error: \(error)")
}
// 打印“Invalid selection, out of stock, or not enough money.”

如果 vend(itemNamed:) 抛出的是一个 VendingMachineError 类型的错误,nourish(with:) 会打印一条消息,否则 nourish(with:) 会将错误抛给它的调用方。这个错误之后会被通用的 catch 语句捕获。

将错误转换成可选值

可以使用 try? 通过将错误转换成一个可选值来处理错误。如果是在计算 try? 表达式时抛出错误,该表达式的结果就为 nil。例如,在下面的代码中,xy 有着相同的数值和等价的含义:

func someThrowingFunction() throws -> Int {
    // ...
}

let x = try? someThrowingFunction()

let y: Int?
do {
    y = try someThrowingFunction()
} catch {
    y = nil
}

如果 someThrowingFunction() 抛出一个错误,xy 的值是 nil。否则 xy 的值就是该函数的返回值。注意,无论 someThrowingFunction() 的返回值类型是什么类型,xy 都是这个类型的可选类型。例子中此函数返回一个整型,所以 xy 是可选整型。

如果你想对所有的错误都采用同样的方式来处理,用 try? 就可以让你写出简洁的错误处理代码。例如,下面的代码用几种方式来获取数据,如果所有方式都失败了则返回 nil

func fetchData() -> Data? {
    if let data = try? fetchDataFromDisk() { return data }
    if let data = try? fetchDataFromServer() { return data }
    return nil
}
禁用错误传递

有时你知道某个 throwing 函数实际上在运行时是不会抛出错误的,在这种情况下,你可以在表达式前面写 try! 来禁用错误传递,这会把调用包装在一个不会有错误抛出的运行时断言中。如果真的抛出了错误,你会得到一个运行时错误。

例如,下面的代码使用了 loadImage(atPath:) 函数,该函数从给定的路径加载图片资源,如果图片无法载入则抛出一个错误。在这种情况下,因为图片是和应用绑定的,运行时不会有错误抛出,所以适合禁用错误传递。

let photo = try! loadImage(atPath: "./Resources/John Appleseed.jpg")

指定清理操作

你可以使用 defer 语句在即将离开当前代码块时执行一系列语句。该语句让你能执行一些必要的清理工作,不管是以何种方式离开当前代码块的——无论是由于抛出错误而离开,或是由于诸如 returnbreak 的语句。例如,你可以用 defer 语句来确保文件描述符得以关闭,以及手动分配的内存得以释放。

defer 语句将代码的执行延迟到当前的作用域退出之前。该语句由 defer 关键字和要被延迟执行的语句组成。延迟执行的语句不能包含任何控制转移语句,例如 breakreturn 语句,或是抛出一个错误。延迟执行的操作会按照它们声明的顺序从后往前执行——也就是说,第一条 defer 语句中的代码最后才执行,第二条 defer 语句中的代码倒数第二个执行,以此类推。最后一条语句会第一个执行。

func processFile(filename: String) throws {
    if exists(filename) {
        let file = open(filename)
        defer {
            close(file)
        }
        while let line = try file.readline() {
            // 处理文件。
        }
        // close(file) 会在这里被调用,即作用域的最后。
    }
}

上面的代码使用一条 defer 语句来确保 open(_:) 函数有一个相应的对 close(_:) 函数的调用。

注意

即使没有涉及到错误处理的代码,你也可以使用 defer 语句。