类型、运算符和字符串 - 复合类型

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2023-12-01

元组(Tuple)

在别的语言里，你可能听过元组这个词，它表示一个大小、类型固定的有序数据组。在 Rust 中，情况并没有什么本质上的不同。不过 Rust 为我们提供了一系列简单便利的语法来让我们能更好的使用他。

let y = (2, "hello world");
let x: (i32, &str) = (3, "world hello");
// 然后呢，你能用很简单的方式去访问他们：
// 用 let 表达式
let (w, z) = y; // w=2, z="hello world"
// 用下标
let f = x.0; // f = 3
let e = x.1; // e = "world hello"

结构体(struct)

在Rust中，结构体是一个跟 tuple 类似的概念。我们同样可以将一些常用的数据、属性聚合在一起，就形成了一个结构体。

所不同的是，Rust的结构体有三种最基本的形式。

具名结构体

这种结构体呢，他可以大致看成这样的一个声明形式:

struct A {
    attr1: i32,
    atrr2: String,
}

内部每个成员都有自己的名字和类型。

元组类型结构体

元组类型结构体使用小括号，类似 tuple 。

struct B(i32, u16, bool);

它可以看作是一个有名字的元组，具体使用方法和一般的元组基本类似。

空结构体

结构体内部也可以没有任何成员。

struct D;

空结构体的内存占用为0。但是我们依然可以针对这样的类型实现它的“成员函数”。

不过到目前为止，在 1.9 版本之前的版本，空结构体后面不能加大括号。
如果这么写，则会导致这部分的老编译器编译错误：

struct C {
}

实现结构体(impl)

Rust没有继承，它和Golang不约而同的选择了trait(Golang叫Interface)作为其实现多态的基础。可是，如果我们要想对一个结构体写一些专门的成员函数那应该怎么写呢？

答： impl

talk is cheap ,举个栗子：

struct Person {
    name: String,
}
impl Person {
    fn new(n: &str) -> Person {
        Person {
            name: n.to_string(),
        }
    }
    fn greeting(&self) {
        println!("{} say hello .", self.name);
    }
}
fn main() {
    let peter = Person::new("Peter");
    peter.greeting();
}

看见了 self，Python程序员不厚道的笑了。

我们来分析一下，上面的impl中，new 被 Person 这个结构体自身所调用，其特征是 :: 的调用，Java程序员站出来了：类函数！而带有 self 的 greeting ，更像是一个成员函数。

恩，回答正确，然而不加分。

关于各种ref的讨论

Rust 对代码有着严格的安全控制，因此对一个变量也就有了所有权和借用的概念。所有权同一时间只能一人持有，可变引用也只能同时被一个实例持有，不可变引用则可以被多个实例持有。同时所有权能被转移，在Rust中被称为 move 。

以上是所有权的基本概念，事实上，在整个软件的运行周期内，所有权的转换是一件极其恼人和烦琐的事情，尤其对那些初学 Rust 的同学来说。同样的，Rust 的结构体作为其类型系统的基石，也有着比较严格的所有权控制限制。具体来说，关于结构体的所有权，有两种你需要考虑的情况。

字段的 ref 和 owner

在以上的结构体中，我们定义了不少结构体，但是如你所见，结构体的每个字段都是完整的属于自己的。也就是说，每个字段的 owner 都是这个结构体。每个字段的生命周期最终都不会超过这个结构体。

但是有些时候，我只是想要持有一个(可变)引用的值怎么办？
如下代码：

struct RefBoy {
    loc: &i32,
}

这时候你会得到一个编译错误：

<anon>:6:14: 6:19 error: missing lifetime specifier [E0106]
<anon>:6         loc: & i32,

这种时候，你将持有一个值的引用，因为它本身的生命周期在这个结构体之外，所以对这个结构体而言，它无法准确的判断获知这个引用的生命周期，这在 Rust 编译器而言是不被接受的。
因此，这个时候就需要我们给这个结构体人为的写上一个生命周期，并显式地表明这个引用的生命周期。写法如下：

struct RefBoy<'a> {
    loc: &'a i32,
}

这里解释一下这个符号 <>，它表示的是一个 属于 的关系，无论其中描述的是 生命周期 还是泛型。即： RefBoy in 'a。最终我们可以得出个结论，RefBoy 这个结构体，其生命周期一定不能比 'a 更长才行。

写到这里，可能有的人还是对生命周期比较迷糊，不明白其中缘由，其实你只需要知道两点即可：

结构体里的引用字段必须要有显式的生命周期
一个被显式写出生命周期的结构体，其自身的生命周期一定小于等于其显式写出的任意一个生命周期

关于第二点，其实生命周期是可以写多个的，用 , 分隔。

注：生命周期和泛型都写在 <> 里，先生命周期后泛型，用,分隔。

impl中的三种self

前面我们知道，Rust中，通过impl可以对一个结构体添加成员方法。同时我们也看到了self这样的关键字，同时，这个self也有好几种需要你仔细记忆的情况。

impl中的self,常见的有三种形式：self、 &self、&mut self ，我们分别来说。

被move的self

正如上面例子中的impl，我们实现了一个以 self 为第一个参数的函数，但是这样的函数实际上是有问题的。
问题在于Rust的所有权转移机制。

我曾经见过一个关于Rust的笑话：”你调用了一下别人，然后你就不属于你了”。

比如下面代码就会报出一个错误：

struct A {
    a: i32,
}
impl A {
    pub fn show(self) {
        println!("{}", self.a);
    }
}
fn main() {
    let ast = A{a: 12i32};
    ast.show();
    println!("{}", ast.a);
}

错误：

13:25 error: use of moved value: `ast.a` [E0382]
<anon>:13     println!("{}", ast.a);

为什么呢？因为 Rust 本身，在你调用一个函数的时候，如果传入的不是一个引用，那么无疑，这个参数将被这个函数吃掉，即其 owner 将被 move 到这个函数的参数上。同理，impl 中的 self ，如果你写的不是一个引用的话，也是会被默认的 move 掉哟！

那么如何避免这种情况呢？答案是 Copy 和 Clone ：

#[derive(Copy, Clone)]
struct A {
    a: i32,
}

这么写的话，会使编译通过。但是这么写实际上也是有其缺陷的。其缺陷就是： Copy 或者 Clone ，都会带来一定的运行时开销！事实上，被move的 self 其实是相对少用的一种情况，更多的时候，我们需要的是 ref 和 ref mut 。

ref 和 ref mut

关于 ref 和 mut ref 的写法和被 move 的 self 写法类似，只不过多了一个引用修饰符号，上面有例子，不多说。

需要注意的一点是，你不能在一个 &self 的方法里调用一个 &mut ref ，任何情况下都不行！

但是，反过来是可以的。代码如下：

#[derive(Copy, Clone)]
struct A {
    a: i32,
}
impl A {
    pub fn show(&self) {
        println!("{}", self.a);
        // compile error: cannot borrow immutable borrowed content `*self` as mutable
        // self.add_one();
    }
    pub fn add_two(&mut self) {
        self.add_one();
        self.add_one();
        self.show();
    }
    pub fn add_one(&mut self) {
        self.a += 1;
    }
}
fn main() {
    let mut ast = A{a: 12i32};
    ast.show();
    ast.add_two();
}

需要注意的是，一旦你的结构体持有一个可变引用，你，只能在 &mut self 的实现里去改变他！

Rust允许我们灵活的对一个 struct 进行你想要的实现，在编程的自由度上无疑有了巨大的提高。

至于更高级的关于 trait 和泛型的用法，我们将在以后的章节进行详细介绍。

枚举类型 enum

Rust的枚举(enum)类型，跟C语言的枚举有点接近，然而更强大，事实上它是一种代数数据类型(Algebraic Data Type)。

比如说，这是一个代表东南西北四个方向的枚举：

enum Direction {
    West,
    North,
    Sourth,
    East,
}

但是，rust 的枚举能做到的，比 C 语言的更多。
比如，枚举里面居然能包含一些你需要的，特定的数据信息！
这是常规的枚举所无法做到的，更像枚举类，不是么？

enum SpecialPoint {
    Point(i32, i32),
    Special(String),
}

你还可以给里面的字段命名，如

enum SpecialPoint {
    Point {
        x: i32,
        y: i32,
    },
    Special(String),
}

使用枚举

和struct的成员访问符号 . 不同的是，枚举类型要想访问其成员，几乎无一例外的要用到模式匹配。并且，你可以写一个 Direction::West，但是你现在还不能写成 Direction.West, 除非你显式的 use 它。虽然编译器足够聪明能发现你这个粗心的毛病。

关于模式匹配，我不会说太多，还是举个栗子

enum SpecialPoint {
    Point(i32, i32),
    Special(String),
}
fn main() {
    let sp = SpecialPoint::Point(0, 0);
    match sp {
        SpecialPoint::Point(x, y) => {
            println!("I'am SpecialPoint(x={}, y={})", x, y);
        }
        SpecialPoint::Special(why) => {
            println!("I'am Special because I am {}", why);
        }
    }
}

呐呐呐，这就是模式匹配取值啦。
当然了， enum 其实也是可以 impl 的，一般人我不告诉他！

对于带有命名字段的枚举，模式匹配时可指定字段名

match sp {
    SpecialPoint::Point { x: x, y: y } => {
        // ...
    },
    SpecialPoint::Special(why) => {}
}

对于带有字段名的枚举类型，其模式匹配语法与匹配 struct 时一致。如

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}
let point = Point { x: 1, y: 2 };
let Point { x: x, y: y } = point;
// 或
let Point { x, y } = point;
// 或
let Point { x: x, .. } = point;

模式匹配的语法与 if let 和 let 是一致的，所以在后面的内容中看到的也支持同样的语法。