如何用 match 穷尽所有枚举变体？ - 问题详情 - 创脉思

解读

在国内一线厂（华为、阿里、字节、PingCAP 等）的 Rust 面试中，**“match 是否穷尽”**是必考项。面试官通常先让你写一个普通 match，再追问：

如果后续新增变体，现有代码会怎样？
如何强制编译器在新增变体时给出错误？
如果变体带数据，如何既穷尽又不冗余？

这道题考察的不是“写 match”，而是**“利用编译器把不可预期分支变成编译期错误”**，从而符合 Rust “编译通过即正确”的安全文化。回答时必须给出可维护、可扩展、零运行时开销的写法，并主动提到 #! [deny(unreachable_patterns)] 等 lint 手段，才能拿到高分。

知识点

穷尽性（exhaustiveness）：Rust 编译器要求 match 覆盖枚举所有可见变体，否则拒绝编译。
通配符陷阱：用 _ => {} 能过编译，但新增变体时编译器不会提醒，属于“技术债”。
“空变体”技巧：对无数据变体，直接列出所有标识符即可；对有数据变体，可用 @ 绑定 或 解构嵌套 保证不遗漏。
强制拒绝通配符：在库或模块顶部加 #! [forbid(unreachable_patterns)] 或 #! [deny(wildcard_enum_match_arm)]，可把 _ => 变成编译错误，迫使下游代码显式处理新变体。
类型状态模式：把“未来可能扩展”的枚举改成 sealed trait + 私有模块，让新增变体只能在同文件完成，match 自然穷尽。
工具链：cargo clippy 默认提示 wildcard_enum_match_arm；CI 里加 clippy::pedantic 可提前拦截。

答案

// 1. 定义枚举，保持非 exhaustive 以便外部 crate 无法随意扩展
pub enum HttpEvent {
    Connect { addr: std::net::SocketAddr },
    Request { method: String, uri: String },
    Close,
}

// 2. 业务处理函数：拒绝通配符，保证新增变体即编译错误
pub fn handle(evt: HttpEvent) -> &'static str {
    // 若团队规范允许，可在 lib.rs 顶部统一写 #![forbid(wildcard_enum_match_arm)]
    match evt {
        HttpEvent::Connect { addr } => {
            // 直接解构，不遗漏字段
            println!("connected from {}", addr);
            "connected"
        }
        HttpEvent::Request { method, uri } => {
            // 同时解构两个字段，编译器检查字段名是否写错
            println!("{} {}", method, uri);
            "requested"
        }
        HttpEvent::Close => {
            // 无数据变体直接列出
            "closed"
        }
        // 故意不写 _ => {}，让编译器成为“门禁”
    }
}

要点说明：

不写通配符 arm，新增变体时编译器立即报错，把“漏分支”从运行期 bug 提前到编译期。
若枚举跨 crate 且希望外部无法扩展，可在定义处加 #[non_exhaustive]，此时外部 match 必须带 _ =>，而本 crate 内部仍可不写 _ =>，兼顾扩展性与安全性。
对变体内部还有嵌套枚举的情况，继续递归 match 直到所有层都穷尽，否则 clippy 会报“missing match arm”。

拓展思考

状态机升级：当协议从 V1 升级到 V2，新增变体 HttpEvent::Upgrade { version: u8 }，上述代码编译即失败，强制所有调用方一起改，避免线上静默兼容。
性能考量：Rust 编译器会把穷尽 match 优化成跳转表或决策树，与手写 C 的 switch 性能一致，零成本抽象名副其实。
FFI 场景：当枚举要导出到 C，需用 #[repr(C)] 并保证穷尽，否则 C 端传入非法 discriminant 会导致 UB。此时可写 _ => std::hint::unreachable_unchecked()，但必须配合单测 + CI 的 fuzz 工具确保 discriminant 合法。
团队协作：在大型代码库中，把“拒绝通配符”写进 clippy.toml：
```
wildcard_enum_match_arm = "forbid"
```
并加在 .gitlab-ci.yml 或 GitHub Action 的 cargo clippy 步骤，MR 阶段就阻断，比 code review 人眼检查更可靠。

掌握“用编译器帮你穷尽分支”的思维，是 Rust 开发者从“能写”到“工程化”的分水岭，也是国内面委区分“普通用户”与“系统级工程师”的核心考点。