第八章：错误处理与调试

在编程过程中，错误是不可避免的。Lua 提供了几种处理错误和调试代码的机制，帮助我们编写更健壮的程序。

Lua 将错误主要分为两类：语法错误（Syntax Errors）和运行时错误（Runtime Errors）。本章主要讨论运行时错误的捕获与处理。

8.1 错误处理

error 函数

我们可以使用 error 函数显式地抛出一个错误，终止程序的执行。

print("Enter a number:")
local n = io.read("n")
if not n then
    error("Invalid input! Not a number.")
end

assert 函数

assert(v [, message]) 检查第一个参数 v 是否为真（非 false 且非 nil）。如果是真，返回 v；如果是假，抛出一个错误，错误信息为 message（默认为 “assertion failed!”）。

local n = assert(io.read("n"), "invalid input")

相当于：

local n = io.read("n")
if not n then
    error("invalid input")
end

pcall (Protected Call)

pcall 用于以保护模式调用函数。如果函数执行过程中发生错误，pcall 会捕获错误并返回 false 和错误信息，而不会导致整个程序崩溃。如果执行成功，返回 true 和函数的返回值。

语法：status, result = pcall(func, arg1, arg2, ...)

local function div(a, b)
    if b == 0 then error("division by zero") end
    return a / b
end

local status, result = pcall(div, 10, 2)
if status then
    print("Result:", result) -- Result: 5.0
else
    print("Error:", result)
end

local status, result = pcall(div, 10, 0)
if status then
    print("Result:", result)
else
    print("Error:", result) -- Error: division by zero
end

xpcall

xpcall(func, msgh, arg1, ...) 类似于 pcall，但多了一个错误处理函数 msgh（Message Handler）。当发生错误时，Lua 会在栈展开（Stack Unwinding）之前调用 msgh，这使得我们可以获取调用栈信息。

local function myErrorHandler(err)
    print("Error occurred:", err)
    print(debug.traceback()) -- 打印调用栈
    return err
end

local function faulty()
    error("Something went wrong")
end

local status = xpcall(faulty, myErrorHandler)
print("Status:", status) -- Status: false

8.2 调试 (Debug)

Lua 提供了一个名为 debug 的标准库，包含许多用于调试的功能。

常用 debug 函数

debug.traceback([message]): 返回当前调用栈的字符串表示。
debug.getinfo(func [, what]): 返回关于函数的信息表（如源文件名、行号、参数个数等）。
debug.getlocal(level, index): 获取局部变量的名称和值。
debug.setlocal(level, index, value): 设置局部变量的值。
debug.getupvalue(func, index): 获取闭包的上值（Upvalue）。
debug.setupvalue(func, index, value): 设置闭包的上值。

简易调试器示例

我们可以利用 debug.debug() 进入一个交互式调试环境，但这通常用于开发阶段手动调试。在代码中，我们可以编写一个简单的钩子（Hook）来跟踪程序执行。

debug.sethook(function(event, line)
    local info = debug.getinfo(2)
    print(event, info.short_src, line)
end, "l") -- "l" 表示每行代码执行时触发

性能分析 (Profiling)

通过 debug.sethook，我们还可以统计函数调用的次数或耗时，从而进行性能分析。

local Counters = {}
local Names = {}

local function hook()
    local f = debug.getinfo(2, "f").func
    if Counters[f] == nil then
        Counters[f] = 1
        Names[f] = debug.getinfo(2, "Sn")
    else
        Counters[f] = Counters[f] + 1
    end
end

debug.sethook(hook, "c") -- "c" 表示函数调用时触发

-- 运行一些代码
function foo() end
function bar() foo() end
bar()
bar()

-- 打印统计结果
for f, count in pairs(Counters) do
    print(Names[f].name or "anonymous", count)
end

8.3 常见错误与解决方案

attempt to index a nil value: 尝试对 nil 进行索引操作（例如 t.k 或 t[k]），通常是因为表未初始化或键不存在。
attempt to call a nil value: 尝试调用一个 nil 值（例如 f()），通常是因为函数名拼写错误或变量未赋值。
stack overflow: 栈溢出，通常是因为无限递归且未进行尾调用优化。
C stack overflow: C 栈溢出，通常是因为过深的递归调用（即使是尾调用也可能触发 C 栈限制，但这在纯 Lua 中较少见）。

练习题

编写一个函数 safe_read_number()，使用 pcall 尝试读取用户输入的数字，如果输入非法，提示用户重新输入，直到成功为止。
使用 xpcall 捕获一个除以零的错误，并在错误处理函数中打印出发生错误的文件名和行号。
研究 debug.getinfo 函数，编写一个辅助函数 print_caller_info()，打印出调用该函数的上层函数的名字。

下一章预告：Lua 的标准库虽然小巧，但涵盖了数学、操作系统、表、字符串等常用功能。下一章我们将通过实例来学习这些标准库的使用。