面试题：Rust中panic!宏在调试中的基本作用及场景

Question

请阐述Rust的panic!宏在调试过程中的基本作用，并举出至少两个适合使用panic!宏来辅助调试的具体场景。

Answer 1

panic!宏在调试过程中的基本作用

panic!宏用于在程序执行过程中触发一个不可恢复的错误。当panic!被调用时，程序会打印出错误信息，并开始展开（unwinding）栈，这意味着它会反向遍历调用栈，释放每一个函数调用时分配的资源。如果启用了栈展开，这一过程会持续到程序终止，或者遇到一个catch_unwind的调用（在一些特定场景下用于捕获panic）。在调试时，panic!宏能让程序在遇到不符合预期的情况时立即停止，这样开发者可以快速定位问题所在，因为错误发生的位置会随着错误信息一同打印出来。

适合使用panic!宏来辅助调试的具体场景

1. 无效的输入参数：当函数接收到不符合预期格式或范围的参数时，可以使用panic!。例如，编写一个计算平方根的函数，只接受非负参数：

fn square_root(x: f64) -> f64 {
    if x < 0.0 {
        panic!("不能对负数求平方根: {}", x);
    }
    x.sqrt()
}

2. 未实现的功能：在开发过程中，如果某些功能暂时还未实现，但又想确保在调用这些功能时能快速发现问题，可以使用panic!。比如一个用于处理不同图形面积计算的函数，对于还未支持的图形类型：

enum Shape {
    Circle,
    Rectangle,
    // 新添加但未实现的图形类型
    Triangle
}

fn area(shape: Shape) -> f64 {
    match shape {
        Shape::Circle => todo!("计算圆形面积"),
        Shape::Rectangle => todo!("计算矩形面积"),
        Shape::Triangle => panic!("Triangle图形的面积计算功能尚未实现"),
    }
}

3. 内部逻辑错误：当程序内部逻辑出现矛盾或不符合预期的状态时。假设一个简单的状态机，有两个互斥的状态，当试图将状态设置为一个不应该出现的组合时：

enum State {
    On,
    Off
}

struct Machine {
    state: State
}

impl Machine {
    fn new() -> Machine {
        Machine { state: State::Off }
    }

    fn set_state(&mut self, new_state: State) {
        if (self.state == State::On && new_state == State::On) || (self.state == State::Off && new_state == State::Off) {
            panic!("不能设置相同的状态: 从{:?}设置为{:?}", self.state, new_state);
        }
        self.state = new_state;
    }
}