使用结构体来组织相关联的数据 - 定义并实例化结构体

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2023-12-01

我们在第三章讨论过，结构体与元组类似。就像元组，结构体的每一部分可以是不同类型。不同于元组，结构体需要命名各部分数据以便能清楚的表明其值的意义。由于有了这些名字使得结构体比元组更灵活：不需要依赖顺序来指定或访问实例中的值。

定义结构体，需要使用关键字并为整个结构体提供一个名字。结构体的名字需要描述它所组合的数据的意义。接着，在大括号中，定义每一部分数据的名字，它们被称作字段（field），并定义字段类型。例如，示例 5-1 展示了一个储存用户账号信息的结构体：

示例 5-1：User 结构体定义

一旦定义了结构体后，为了使用它，通过为每个字段指定具体值来创建这个结构体的实例。创建一个实例需要以结构体的名字开头，接着在大括号中使用 key: value 对的形式提供字段，其中 key 是字段的名字，value 是需要储存在字段中的数据值。实例中具体说明字段的顺序不需要和它们在结构体中声明的顺序一致。换句话说，结构体的定义就像一个类型的通用模板，而实例则会在这个模板中放入特定数据来创建这个类型的值。例如，可以像示例 5-2 这样来声明一个特定的用户：

# struct User {
#     username: String,
#     email: String,
#     sign_in_count: u64,
#     active: bool,
# }
#
let user1 = User {
    email: String::from("someone@example.com"),
    username: String::from("someusername123"),
    active: true,
    sign_in_count: 1,
};

示例 5-2：创建 User 结构体的实例

为了从结构体中获取某个特定的值，可以使用点号。如果我们只想要用户的邮箱地址，可以用 user1.email。要更改结构体中的值，如果结构体的实例是可变的，我们可以使用点号并为对应的字段赋值。示例 5-3 展示了如何改变一个可变的 User 实例 email 字段的值：

# struct User {
#     username: String,
#     email: String,
#     sign_in_count: u64,
#     active: bool,
# }
#
let mut user1 = User {
    email: String::from("someone@example.com"),
    username: String::from("someusername123"),
    sign_in_count: 1,
};
user1.email = String::from("anotheremail@example.com");

示例 5-3：改变 User 结构体 email 字段的值

注意整个实例必须是可变的；Rust 并不允许只将特定字段标记为可变。另外需要注意同其他任何表达式一样，我们可以在函数体的最后一个表达式构造一个结构体，从函数隐式的返回一个结构体的新实例。

示例 5-4 显示了一个返回带有给定的 email 与 username 的 User 结构体的实例的 build_user 函数。active 字段的值为 true，并且 sign_in_count 的值为 1。

为函数参数起与结构体字段相同的名字是可以理解的，但是不得不重复 email 和 username 字段名称与变量有些冗余。如果结构体有更多字段，重复这些名称就显得更加烦人了。幸运的是，有一个方便的简写语法！

因为示例 5-4 中的参数名与字段名都完全相同，我们可以使用 字段初始化简写语法（field init shorthand）来重写 build_user，这样其行为与之前完全相同，不过无需重复和 username 了，如示例 5-5 所示。

如果有变量与字段同名的话，你可以使用 字段初始化简写语法（field init shorthand）。这可以让创建新的结构体实例的函数更为简练。

# struct User {
#     username: String,
#     email: String,
#     sign_in_count: u64,
#     active: bool,
# }
#
fn build_user(email: String, username: String) -> User {
    User {
        email,
        username,
        active: true,
        sign_in_count: 1,
    }
}

示例 5-5：build_user 函数使用了字段初始化简写语法，因为 email 和 username 参数与结构体字段同名

这里我们创建了一个新的 User 结构体实例，它有一个叫做 email 的字段。我们想要将 email 字段的值设置为 build_user 函数 email 参数的值。因为 email 字段与 email 参数有着相同的名称，则只需编写 email 而不是 email: email。

可以从老的对象创建新的对象常常是很有帮助的，即复用大部分老对象的值并只改变一部分值。这可以通过 结构体更新语法（struct update syntax）实现。

作为开始，示例 5-6 展示了如何不使用更新语法来在 user2 中创建一个新 User 实例。我们为 email 和 username 设置了新的值，其他值则使用了实例 5-2 中创建的 user1 中的同名值：

# struct User {
#     username: String,
#     email: String,
#     sign_in_count: u64,
#     active: bool,
# }
#
# let user1 = User {
#     email: String::from("someone@example.com"),
#     active: true,
#     sign_in_count: 1,
# };
#
    email: String::from("another@example.com"),
    username: String::from("anotherusername567"),
    active: user1.active,
    sign_in_count: user1.sign_in_count,
};

示例 5-6：创建 User 新实例，其使用了一些来自 user1 的值

使用结构体更新语法，我们可以通过更少的代码来达到相同的效果，如示例 5-7 所示。.. 语法指定了剩余未显式设置值的字段应有与给定实例对应字段相同的值。

实例 5-7 中的代码也在 user2 中创建了一个新实例，其有不同的 email 和 username 值不过 active 和 sign_in_count 字段的值与 user1 相同。

也可以定义与元组（在第三章讨论过）类似的结构体，称为 元组结构体（tuple structs），有着结构体名称提供的含义，但没有具体的字段名，只有字段的类型。元组结构体在你希望命名整个元组并使其与其他（同样的）元组为不同类型时很有用，这时像常规结构体那样为每个字段命名就显得冗余和形式化了。

定义元组结构体以 struct 关键字和结构体名开头并后跟元组中的类型。例如，这里是两个分别叫做 Color 和 Point 元组结构体的定义和用例：

struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32, i32);
let black = Color(0, 0, 0);
let origin = Point(0, 0, 0);

注意 black 和 origin 值是不同的类型，因为它们是不同的元组结构体的实例。我们定义的每一个结构体有其自己的类型，即使结构体中的字段有着相同的类型。例如，一个获取 Color 类型参数的函数不能接受 Point 作为参数，即便这两个类型都由三个 i32 值组成。在其他方面，元组结构体实例类似于元组：可以将其解构为单独的部分，也可以使用 . 后跟索引来访问单独的值，等等。

我们也可以定义一个没有任何字段的结构体！它们被称为 类单元结构体（unit-like structs）因为它们类似于 ()，即 unit 类型。类单元结构体常常在你想要在某个类型上实现 trait 但不需要在类型内存储数据的时候发挥作用。我们将在第十章介绍 trait。

结构体数据的所有权
在示例 5-1 中的 User 结构体的定义中，我们使用了自身拥有所有权的 String 类型而不是 &str 字符串 slice 类型。这是一个有意而为之的选择，因为我们想要这个结构体拥有它所有的数据，为此只要整个结构体是有效的话其数据也是有效的。
可以使结构体储存被其他对象拥有的数据的引用，不过这么做的话需要用上 生命周期（lifetimes），这是一个第十章会讨论的 Rust 功能。生命周期确保结构体引用的数据有效性跟结构体本身保持一致。如果你尝试在结构体中储存一个引用而不指定生命周期，比如这样：
文件名: src/main.rs
struct User {
    username: &str,
    email: &str,
    sign_in_count: u64,
    active: bool,
}
fn main() {
    let user1 = User {
        email: "someone@example.com",
        username: "someusername123",
        active: true,
        sign_in_count: 1,
}
编译器会抱怨它需要生命周期标识符：