std::env 模块教程

Rust 的 std::env 模块提供了访问和操作进程环境的工具，包括命令行参数、环境变量和当前工作目录等。它是标准库的一部分，用于编写可移植的 CLI 工具或需要环境交互的程序。std::env 的函数多返回 Result 以处理错误，如变量不存在或权限问题，确保安全性和显式错误处理。

1. std::env 简介

导入：use std::env;
主要功能：
- 命令行参数：args() 和 args_os()。
- 环境变量：var()、set_var()、vars()。
- 目录操作：current_dir()、set_current_dir()、home_dir()、temp_dir()。
- 其他：consts 子模块（OS 常量如 ARCH、OS）。
优势：跨平台（Windows/Unix），处理 Unicode 和 OS 特定字符串（OsString）。
注意：环境变量是进程级的，修改仅影响当前进程及其子进程。

2. 命令行参数

args() 返回命令行参数的迭代器，包括程序名作为第一个元素。

示例：解析参数

use std::env;

fn main() {
    let args: Vec<String> = env::args().collect();
    println!("所有参数: {:?}", args);

    if args.len() > 1 {
        println!("第一个参数: {}", args[1]);
    } else {
        println!("无额外参数");
    }
}

解释：运行 cargo run -- hello world 输出：所有参数: ["target/debug/myapp", "hello", "world"]。collect() 转为 Vec。参数是 String，但如果包含无效 UTF-8，用 args_os() 返回 OsString。

示例：OsString 参数

use std::env;
use std::ffi::OsString;

fn main() {
    let args_os: Vec<OsString> = env::args_os().collect();
    if let Some(first) = args_os.get(1) {
        println!("第一个参数: {:?}", first);
    }
}

解释：args_os 处理 OS 特定字符串（如 Windows 非 UTF-8）。用 to_string_lossy() 转为 Cow 以打印。

3. 环境变量

环境变量是键值对，用于配置（如 PATH）。

示例：获取和设置变量

use std::env;

fn main() {
    match env::var("PATH") {
        Ok(val) => println!("PATH: {}", val),
        Err(e) => println!("错误: {}", e),  // 如 "environment variable not found"
    }

    env::set_var("MY_VAR", "hello");
    println!("MY_VAR: {}", env::var("MY_VAR").unwrap());

    env::remove_var("MY_VAR");
    println!("移除后: {:?}", env::var("MY_VAR"));  // Err(NotFound)
}

解释：var 返回 Result<String, VarError>。set_var 设置（覆盖现有）。remove_var 删除。变量是大小写敏感的（Unix 区分，Windows 不完全）。

示例：迭代所有变量

use std::env;

fn main() {
    for (key, value) in env::vars() {
        println!("{}: {}", key, value);
    }
}

解释：vars() 返回 (String, String) 迭代器。用于调试或导出环境。

4. 工作目录操作

示例：当前目录和切换

use std::env;
use std::path::Path;

fn main() -> std::io::Result<()> {
    let current = env::current_dir()?;
    println!("当前目录: {}", current.display());

    env::set_current_dir(Path::new("/tmp"))?;
    println!("新目录: {}", env::current_dir()?.display());

    Ok(())
}

解释：current_dir 返回 PathBuf。set_current_dir 更改目录，返回 Result。处理错误如目录不存在。

use std::env;

fn main() {
    if let Some(home) = env::home_dir() {
        println!("家目录: {}", home.display());
    } else {
        println!("无家目录");
    }

    println!("临时目录: {}", env::temp_dir().display());
}

解释：home_dir 返回 Option（基于 HOME 变量）。temp_dir 返回系统临时目录（如 /tmp）。

5. 常量和 OS 信息

env::consts 提供编译时常量。

示例：OS 常量

use std::env::consts;

fn main() {
    println!("OS: {}", consts::OS);        // 如 "linux"
    println!("Arch: {}", consts::ARCH);     // 如 "x86_64"
    println!("Family: {}", consts::FAMILY); // 如 "unix"
}

解释：这些是静态字符串，用于条件编译或日志。其他：DLL_PREFIX、EXE_EXTENSION。

6. 高级主题：OsStr 和跨平台

OsStr 和 OsString：处理非 UTF-8 字符串。
条件编译：用 #[cfg(target_os = "windows")] 处理平台差异。

示例：OsStr 使用

use std::env;
use std::ffi::OsStr;

fn main() {
    let key = OsStr::new("PATH");
    match env::var_os(key) {
        Some(val) => println!("PATH: {:?}", val),
        None => println!("未找到"),
    }
}

解释：var_os 返回 Option，避免 UTF-8 转换错误。

7. 最佳实践和常见陷阱

错误处理：总是处理 Result/Option，如用 ? 或 match，避免 unwrap（生产代码）。
安全性：环境变量可被外部修改，验证输入（如路径）。避免设置敏感变量。
跨平台：用 Path/PathBuf 处理路径分隔符（/ vs \）。测试多 OS。
性能：vars() 迭代所有变量可能慢（大环境），优先 var 单查。
常见错误：
- 变量不存在：VarError::NotPresent – 用 unwrap_or("") 处理。
- 无效 Unicode：用 var_os 代替 var。
- 权限：set_current_dir 可能失败（用 Result）。
与 clap/structopt：复杂 CLI 用外部 crate 解析参数，而非手动 args。
环境变量线程安全：全局，但 Rust 确保安全访问。

练习建议

编写 CLI 工具：用 args() 读取文件名，var("DEBUG") 控制日志。
创建备份脚本：用 current_dir() 和 temp_dir() 复制文件。
检查 OS：用 consts::OS 打印平台特定消息。

如果需要更多示例、与其他模块的集成（如 std::process），或特定函数的深入解释，请提供细节！

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