[Rustのはじめ方] Part15: panic!とエラーハンドリングの方法

プログラムを書いていると、予期せぬ問題が発生することがあります。ファイルが見つからない、ネットワーク接続が切れる、不正なデータを受け取るなど、様々なエラーが考えられます。Rustは、このようなエラーを安全かつ効率的に扱うための強力な仕組みを提供しています。

Rustのエラーハンドリングは、大きく分けて「回復不可能なエラー」と「回復可能なエラー」の2種類のアプローチがあります。それぞれについて詳しく見ていきましょう。

panic! マクロは、プログラムが回復不可能な状態に陥ったことを示します。これは、深刻なバグや予期せぬ致命的な問題が発生した場合に使用されます。panic! が呼び出されると、プログラムは通常、実行を停止し、エラーメッセージを表示して終了します。

どのような時に `panic!` を使うか？

• 配列の範囲外アクセスなど、プログラムの論理的な誤りを示す場合。
• 絶対に発生してはならないはずの状況（例: 初期化されていないリソースへのアクセス）。
• プロトタイプやテストコードで、エラー処理を簡略化したい場合（ただし、本番コードでは避けるべきです）。

fn main() { // 何らかの致命的な状況が発生したと仮定 panic!("致命的なエラーが発生しました！プログラムを停止します。"); // この行は実行されません println!("このメッセージは表示されません。");
}

デフォルトでは、panic! が発生すると「スタックの巻き戻し（unwinding）」が行われます。これは、関数の呼び出し履歴を逆順にたどりながら、各関数で使用されていたデータやリソースをクリーンアップするプロセスです。ただし、設定によっては、パニック時に即座にプログラムを終了（abort）させることも可能です。

多くのエラーは、プログラムの実行を完全に停止させるほど深刻ではありません。例えば、「ファイルを開こうとしたが見つからなかった」場合、プログラムはパニックする代わりに、その状況を呼び出し元に伝え、代替処理（例: 新しいファイルを作成する）を試みるべきかもしれません。

このような「回復可能なエラー」を表現するために、Rustは Result<T, E> という列挙型（enum）を提供します。Result は2つのバリアント（状態）を持ちます:

• Ok(T): 操作が成功し、T 型の値が含まれていることを示します。
• Err(E): 操作が失敗し、E 型のエラー情報が含まれていることを示します。

use std::fs::File;
use std::io; // io::Errorを使うためにインポート
// ファイルを開く関数（成功すればFileハンドル、失敗すればio::Errorを返す）
fn open_my_file(path: &str) -> Result<File, io::Error> { let f = File::open(path); // File::openはResult<File, io::Error>を返す f // 結果をそのまま返す
}
fn main() { let file_path = "my_file.txt"; let result = open_my_file(file_path); // match式でResultを処理する match result { Ok(file) => { println!("ファイル '{}' を正常に開けました！ ", file_path); // ここでファイルに対する操作を行う } Err(error) => { println!("ファイル '{}' を開けませんでした... エラー: {}", file_path, error); // エラーに応じた処理を行う (例: デフォルト設定を使う、ユーザーに通知するなど) } }
}

`Result` を扱う便利なメソッド

match は強力ですが、エラー処理が単純な場合は少し冗長になることがあります。Result 型には、処理を簡潔にするための便利なメソッドが用意されています。

• unwrap(): Result が Ok(T) であれば中の値 T を返し、Err(E) であれば panic! を引き起こします。手早く書きたい場合に便利ですが、エラー時にプログラムがクラッシュする可能性があるため、注意が必要です。
• expect(msg: &str): unwrap() と似ていますが、パニックする際に指定したエラーメッセージ msg を表示します。なぜパニックしたのか分かりやすくなりますが、unwrap() と同様のリスクがあります。

use std::fs::File;
fn main() { // 存在しないファイルを指定 let non_existent_file = "non_existent.txt"; // unwrap(): Errの場合パニックする // let f1 = File::open(non_existent_file).unwrap(); // ここでパニック // expect(): Errの場合、指定したメッセージでパニックする let f2 = File::open(non_existent_file) .expect("ファイルを開けませんでした。プログラムの前提条件が満たされていません。"); // ここでパニック
}

エラーの伝播: `?` 演算子

関数内で発生したエラーを、そのまま呼び出し元に返したい（伝播させたい）ケースは非常に多いです。Rustでは、このための便利な構文として ? 演算子 が用意されています。

Result を返す式の末尾に ? を付けると、以下の処理を自動的に行います:

1. Result が Ok(T) であれば、中の値 T を取り出して式の評価結果とする。
2. Result が Err(E) であれば、その Err(E) を現在の関数から即座に返す（関数の戻り値の型が適合している必要がある）。

? 演算子は、Result を返す関数内でのみ使用できます。

use std::fs::File;
use std::io::{self, Read};
// ファイル全体を読み込んで文字列として返す関数
// エラーが発生した場合、そのエラー(io::Error)をそのまま返す
fn read_file_contents(path: &str) -> Result<String, io::Error> { // ファイルを開く。失敗したらErr(io::Error)が即座に返される let mut file = File::open(path)?; let mut contents = String::new(); // ファイル内容を文字列に読み込む。失敗したらErr(io::Error)が即座に返される file.read_to_string(&mut contents)?; // すべて成功したら、読み込んだ内容をOkで包んで返す Ok(contents)
}
fn main() { let file_path = "my_poem.txt"; // 存在すると仮定 match read_file_contents(file_path) { Ok(contents) => { println!("ファイルの内容:\n{}", contents); } Err(error) => { println!("ファイルの読み込みに失敗しました: {}", error); } }
}

では、いつ panic! を使い、いつ Result を使うべきでしょうか？ 一般的なガイドラインは以下の通りです。

Rustのエラーハンドリングは、安全性と表現力の高さを両立しています。

• 回復不可能なエラーには panic! を使いますが、これは主にプログラムのバグを示すために使用します。
• 回復可能なエラーには Result<T, E> を使い、match や ? 演算子 を使って適切に処理または伝播させます。

Result と ? 演算子を効果的に使うことで、堅牢で信頼性の高いRustプログラムを構築できます。エラー処理は最初は少し難しく感じるかもしれませんが、慣れるとRustの大きな魅力の一つであることがわかるでしょう！