Rust基础学习

Rust基础学习

Rust是一种适合于系统开发、网络层等开发的编程语言，具有高效、安全的特性。

Cargo

常用命令

Cargo是Rust用来管理代码的工具。常用指令有：

1. 创建新项目：

cargo new hello_cargo

2. 构建项目

cargo build

3. 构建+运行项目

cargo run

4. 检查是否编译可以通过

cargo check

5. 发布代码

cargo build --release

优化编译项目，在target/release下生成可执行文件。

辅助技能

1. 查看当前项目所有依赖项的说明文档

cargo doc --open

debug

使用dbg!宏。接收一个表达式的所有权，不过如果不想让它接收可以传引用。

#[derive(Debug)]  // 允许结构体以debug形式输出
struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}

fn main() {
    let scale = 2;
    let rect1 = Rectangle {
        width: dbg!(30 * scale),
        height: 50,
    };
    dbg!(&rect1);//输出结构体的各字段值
}

基础语法

变量

变量由let声明。变量默认是不可改变的，但可以加mut变为可变变量：let mut x = 5;。

常量由const而不是let限定，且需指明类型。

Rust支持多次let覆盖之前的变量，这叫做变量遮蔽，以前那个变量其实还在，直到离开该作用域，但是永远也无法访问到了，除非之前加了引用。

数据类型

Rust是静态类型语言，声明变量必须表明类型，但Rust通常可以推段出类型故不用标。

标量类型：整数（i和u）、浮点数（f32和f64）、字符、布尔

注意，如果发生数值溢出，则会panic

复合类型：

1. 元组：不能改变，用.寻址。元组内元素类型可不同。用(...)表示

let tup: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);
tup.0来获取第0个元素

2. 数组：元素类型必须相同，用[]表示。用a[0]寻址。不能越界访问

函数

参数需指定类型。

例如：fn another_function(x: i32) {

let y = {
    let x = 3;
    x + 1
};

大括号括起来的是一个表达式，x+1不带分号表示是返回值。

具有返回值的函数，要用->声明它的类型。

控制流

1. if分支

if number % 4 == 0 {
    println!("number is divisible by 4");
} else if number % 3 == 0 {
    println!("number is divisible by 3");
} else if number % 2 == 0 {
    println!("number is divisible by 2");
} else {
    println!("number is not divisible by 4, 3, or 2");
}

循环

1. loop循环：只有加break才会退出，相当于c语言的while(1)。break后可加一个返回值（加分号）。也可为loop指定标签：'xxx':loop{...}，break时采用break 'xxx';来跳出指定的循环

2. while 循环

3. for循环：

   let a = [10, 20, 30, 40, 50];
   for element in a {
       println!("the value is: {element}");
   }
   ----
   for number in (1..4).rev() {
       println!("{number}!");
   }
   

结构体

结构体的定义：

struct User {
    active: bool,
    username: String,
    email: String,
    sign_in_count: u64,
}

创建结构体实例，就和创建对象类似：

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

如果要创建可修改成员的结构体，需要使用let mut。必须要将结构体实例声明为可变的，才能修改其中的字段，Rust 不支持将某个结构体某个字段标记为可变

• 字段初始化简写语法

字段名和参数名相同时，可简写：

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

• 结构体更新语法

当一个实例创建时的部分字段值等于另一个实例时，可以简写：

fn main() {
    // --snip--

    let user2 = User {
        email: String::from("another@example.com"),
        ..user1
    };
}

注意，由于user1中含有String类型的带所有权的变量，因此这样操作后不能再使用user1了

• 元组结构体

可以定义一个不带字段名的元组结构体：

struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32, i32);

fn main() {
    let black = Color(0, 0, 0);
    let origin = Point(0, 0, 0);
}

除了Color和Point的类型不同外，他们都可以当成普通元组使用。

成员方法

定义类方法时，要通过impl class_name来定义。

struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}

impl Rectangle {
    pub fn new(width: u32, height: u32) -> Self {
        Rectangle { width, height }
    }
    fn area(&self) -> u32 {
        self.width * self.height
    }
    fn can_hold(&self, other: &Rectangle) -> bool {
        self.width > other.width && self.height > other.height
    }
}

之后调用area时就可以像成员方法一样调用了，比如rec.area()。self指代此类型的实例，依然具有所有权的概念：

• self 表示 Rectangle 的所有权转移到该方法中，这种形式用的较少
• &self 表示该方法对 Rectangle 的不可变借用
• &mut self 表示可变借用

而首字母大写的Self指impl后面的类型，self指Self对应的变量。

关联函数

定义在 impl 中且没有 self 的函数被称之为关联函数。例如：

impl Rectangle {
    fn square(size: u32) -> Self {
        Self {
            width: size,
            height: size,
        }
    }
}

使用结构体名和::来调用构造函数。如let sq = Rectangle::square(3);

rust允许对同一个结构体进行多个impl定义。

也可以为枚举实现方法，类似于结构体。

执行方法使用.即可，编译器会自动解引用。

所有权

栈上的数据不需要我们来管理，因为它的寻址等操作是快速的，而且只有出栈、入栈操作是比较安全的。但堆则不同，分配空间、来回移动内存指针来定位等等是慢速的，而且堆上数据处理不当会导致不安全。因此，Rust使用所有权来管理堆上的数据。

所有权规则：

1. 每个值都有一个owner，这个owner就是变量，值就是堆上的一串空间
2. 同一个时间里只能有一个owner，每个值只能同时对应一个owner
3. owner离开作用域后，值被抛弃，对应的堆空间自动被释放

一句话概括：值 （Value）在同一时间只能被绑定到一个 变量 （Variable）上

例如：

let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1;

s1是一个存放在堆上数据的owner，当被赋值给s2时，所有权发生转移，s1这个变量失效了，由s2接管s1之前管理的堆上的数据。之后再使用s1会报错。

注意，所有权的转移，类似于浅拷贝，不过是增加一个使原变量失效的操作，因此又称为移动。

不过这只限于堆上的数据，如果是栈上的数据，则没有所有权这一说：

let x = 5;
let y = x;

之后还可以使用x，因为x具有copy属性，不受所有权机制的管束。

另外，函数传递没有copy属性的参数时，也会发生所有权转移，就和前面的变量赋值一样。如果不希望发生所有权转移，则使用引用。

如果函数返回值是一个owner，则会发生所有权转移，也就是说，函数返回时不会将对应的返回值数据清空。

浅拷贝和深拷贝

Rust 永远也不会自动创建数据的 “深拷贝”。深拷贝是指把堆上的数据一同拷贝，浅拷贝是指只复制栈上的数据。

实现了Copy特征的类型，在赋值时不会发生所有权的转移。可以实现Copy特征的类型有：任何基本类型的组合可以 Copy ，不需要分配内存或某种形式资源的类型是可以 Copy 的，例如：

• 不可变引用&T，但注意，可变引用&mut T是不可以Copy的

引用

注意，引用没有所有权，因此主动引用的变量不能出卖其成员的所有权，被引用的变量也不能出卖其成员的所有权。你把房子租出去了还想卖呀？

引用不会发生所有权转移，它的作用就是指向被引用的owne。例如:

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");

    let len = calculate_length(&s1);

    println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);
}

fn calculate_length(s: &String) -> usize {
    s.push_str(", world"); //Error，不可变引用
    s.len()
}

需要注意的是，上面的引用是不可变引用。即不能对所引用的数据进行操作，也就是只能读。

可变引用则要在owner声明时加mut，且引用&符号后也要加mut，表示允许该引用修改数据：

fn main() {
    let mut s = String::from("hello");

    change(&mut s);
}

fn change(some_string: &mut String) {
    some_string.push_str(", world");
}

为了保证数据访问的正确性，防止两个对同一owner的引用同时修改数据，要么只能有一个可变引用，要么有任意数量的不可变引用。同时读不会造成安全问题。

另外，引用的作用域和变量不太一样。引用的作用域是引用创建到最后一次使用该引用的地方。也就是说，下面代码是合法的：

    let mut s = String::from("hello");

    let r1 = &s; // no problem
    let r2 = &s; // no problem
    println!("{} and {}", r1, r2);
    // variables r1 and r2 will not be used after this point

    let r3 = &mut s; // no problem
    println!("{}", r3);

最后一次使用完r1和r2，这两个引用就失效了。这给代码书写造成了极大的便利。

注意，引用前不需要加mut了，直接let定义即可。

悬空引用

就和悬空指针类似，数据已经失效了，但引用还在。rust不允许出现这种现象，如果出现则会报错。也就是说，引用必须永远是有效的，编译器确保数据不会在其引用之前离开作用域。

例如：

fn main() {
    let reference_to_nothing = dangle();
}

fn dangle() -> &String {
    let s = String::from("hello");
    &s
} // s离开作用域，其own的数据失效
// &s对s进行悬空引用，非法！！！

• 部分move

可以对集合中的部分元素转移所有权，部分元素进行引用。

let t = (String::from("hello"), String::from("world"));
// ref表示s2是个引用
let (s1, ref s2) = t;

println!("{:?}, {:?}, {:?}", s1, s2, t.1);

生命周期

注意，生命周期是说引用

如果引用的生命周期以一些不同方式相关联的时候，编译器无法判断引用的生命周期，这时就需要加入生命周期注解。

• 生命周期注解

首先需要注意的是，生命周期注解不会改变生命周期的长短，只是告诉编译器一些信息。它以'开头，例如：

&i32        // 引用
&'a i32     // 带有显式生命周期的引用
&'a mut i32 // 带有显式生命周期的可变引用

如果两个引用的生命周期注解相同，那么说明它们至少活的和'a一样久。

• 函数中的生命周期注解

请注意，生命周期也是泛型，因此也在尖括号中声明。在函数名和参数列表间的尖括号里声明生命周期：

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

返回值标上'a则说明，返回值的存活周期是x和y中的最小者。

• 结构体中的生命周期

结构体中也可以有引用类型的成员，不过必须加入生命周期注解。例如：

struct ImportantExcerpt<'a> {
    part: &'a str,
}

这表示ImportantExcerpt 的实例不能比其 part 字段中的引用存在的更久

• 生命周期注解省略规则

函数或方法的参数的生命周期被称为 输入生命周期，而返回值的生命周期被称为 输出生命周期。编译器依次使用3条规则，如果没有计算出所有引用的生命周期，就会报错；否则就不会。3条规则为：

1. 每个引用参数都分配一个生命周期参数。如果有多个则生命周期注解不同。（针对输入生命周期）
2. 如果只有一个输入生命周期参数，那么会赋予给所有输出生命周期参数。
3. 如果方法中有输入参数为&self或&mut self，即是对象的方法，则所有输出生命周期参数都被赋予self的生命周期。

• 方法定义中的生命周期注解

为具有生命周期的结构体实现方法时，需要在impl和结构体后加入注解（类似于泛型）：

impl<'a> ImportantExcerpt<'a> {

如果方法中出现了2个生命周期注解，编译器需要知道那个生命周期更大，则可以使用以下两种语法：

impl<'a: 'b, 'b> ImportantExcerpt<'a> {
//or
impl<'a> ImportantExcerpt<'a> {
    fn announce_and_return_part<'b>(&'a self, announcement: &'b str) -> &'b str
    where
        'a: 'b,

'a: 'b是生命周期约束语法，与泛型约束类似，表明'a必须活的比'b久。

• 静态生命周期

'static代表的生命周期能够存活在整个程序期间，所有字符串literal都拥有static生命周期。

slice

切片本身是一种动态大小类型，表示集合中部分连续的元素序列。我们一般无法直接使用切片，例如str、[u8]，因为它在编译期无法确定大小，一般使用的都是切片的引用，例如&str、&[u8]，我们也把这叫成切片，下面指的"切片slice"都是指“切片的引用”。

slice类似于python中的概念，但是在rust中是一种引用，表示对集合一部分值的引用。如：

    let s = String::from("hello world");

    let hello = &s[0..5];//不包括5
    let world = &s[6..11];//不包括11

其中hello和world分别是s的两个不可变引用，其记录了slice的长度和开始位置。

slice的好处在于，如果原字符串改变，那么子引用将失效，保证安全：

fn main() {
    let mut s = String::from("hello world");

    let word = first_word(&s);

    s.clear(); // 错误！

    println!("the first word is: {}", word);
}

fn first_word(s: &String) -> &str {
    let bytes = s.as_bytes();

    for (i, &item) in bytes.iter().enumerate() {
        if item == b' ' {
            return &s[0..i];
        }
    }

    &s[..]
}

s.clear()会尝试获取一个可变引用，如果之后还会使用word这个不可变引用，那么word的作用域仍然会贯穿s.clear()这个使用可变引用的过程，这样rust编译是不允许的。

另外，字符串字面值就是slice，

let s = "Hello, world!";

s的类型就是&str，是一个指向二进制程序特定位置的slice。

要让String类型转换为&str类型，直接在其前面加&即可，这是一种deref性质。

枚举和模式匹配

枚举定义和创建：

enum IpAddrKind {
    V4,
    V6,
}
let four = IpAddrKind::V4;
let six = IpAddrKind::V6;

枚举也可以为成员关联数据：

enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 }, //类似结构体
    Write(String),			 //包含一个String，类似元组结构体
    ChangeColor(i32, i32, i32),
}

也可以通过impl为枚举定义成员方法

Option枚举

为了解决其他程序语言中空值导致的系统问题，rust没有提供Null值。如果一个变量可能为空，那么必须定义为Option类型。Option是标准库中定义的一个枚举类型：

enum Option<T> {
    None,
    Some(T),
}

定义变量示例：

let some_number = Some(5);
let some_char = Some('e');

let absent_number: Option<i32> = None;

• 使用Option

如果要对Option进行操作，那么可以使用match。如下：

//有值则加1，否则返回空
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
    match x {
        None => None,
        Some(i) => Some(i + 1), 
    }
}

let five = Some(5);
let six = plus_one(five);
let none = plus_one(None);

• Option的常用方法

1. 将Option<&T>拷贝得到Option<T>：x.copied()

2. 获取Some中的值，如果是None得到一个默认值：unwarp_or(default)。

3. 如果Option内的元素未实现Copy特征，match的时候，这样写会导致所有权转移，可以在前面加一个ref

   match y {
       Some(ref p) => ...
   }// 不加ref导致所有权转移
   

match

功能类似于switch。本身是一个表达式，其匹配也需要是一个表达式

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter,
}

fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 {
    match coin { //要匹配的表达式
        Coin::Penny => {
            println!("Lucky penny!");
            1
        }
        Coin::Nickel => 5,
        Coin::Dime => 10,
        Coin::Quarter => 25,
    }
}

=>前者是匹配模式的值，后者是要执行的代码。

• 绑定值的模式

如果模式绑定了值，则可以这样：

#[derive(Debug)] // 这样可以立刻看到州的名称
enum UsState {
    Alabama,
    Alaska,
    // --snip--
}

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter(UsState),
}

fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 {
    match coin {
        Coin::Penny => 1,
        Coin::Nickel => 5,
        Coin::Dime => 10,
        Coin::Quarter(state) => {
            println!("State quarter from {:?}!", state);
            25
        }
    }
}

这样就可以从枚举成员中提取值了。

• match的通配模式

注意，match内必须涵盖所有情况，如果想使用default，则可以使用other或_。

let dice_roll = 9;
match dice_roll {
    3 => add_fancy_hat(),
    7 => remove_fancy_hat(),
    other => move_player(other),//other代表了dice_roll的值
}

如果不想使用other获取的值，则使用_，它匹配任意值但不绑定到该值：

match dice_roll {
    3 => add_fancy_hat(),
    7 => remove_fancy_hat(),
    _ => (), //空元组表示无事发生
}

if let简洁控制流

如果match中的一些模式我们不需要去管，那么就可以用if let来简化match：

let config_max = Some(3u8);
if let Some(max) = config_max {
    println!("The maximum is configured to be {}", max);
}

if let后加一个等号分隔的表达式，前者为模式，后者为表达式，次序不能颠倒

也可以在if后加else：

if let ...{

} else {
    ...
}

• 变量遮蔽

match和if let都是一个新的代码块，如果绑定新变量的名字和以前的一样，则会发生变量遮蔽。

fn main() {
   let age = Some(30);
   println!("在匹配前，age是{:?}",age);
   if let Some(age) = age {// 这里age会遮蔽右边的age，直到出了if let语句块
       println!("匹配出来的age是{}",age);
   }

   println!("在匹配后，age是{:?}",age);
}

因此最好不要使用同名。

• 什么是模式

  • 字面值

  • 解构的数组、枚举、结构体或者元组

  • 变量

  • 通配符

  • 占位符

• _是一个通配符，并不会发生所有权的转移

• 匹配守卫

match分支模式后面可以加一个额外的if语句，来实现进一步的匹配条件。

fn main() {
    let x = Some(5);
    let y = 10;

    match x {
        Some(50) => println!("Got 50"),
        Some(n) if n == y => println!("Matched, n = {}", n),
        _ => println!("Default case, x = {:?}", x),
    }

    println!("at the end: x = {:?}, y = {}", x, y);
}

常见集合

接口文档：std::collections - Rust (rust-lang.org)

固定数组

固定数组：

let a: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];
let slice: &[i32] = &a[1..3];

可见，数组类型是[T; len]，而数组切片类型是[T].

vector

• 创建空的vector：

let v: Vec<i32> = Vec::new();

• 通过宏创建包含初值的vector，类型会自动推断出来：

let v = vec![1, 2, 3];

• 更新vector:

    let mut v = Vec::new();

    v.push(5);
    v.push(6);
    v.push(7);
    v.push(8);

• Vector与其元素共存亡

• 读取vector：

有两种方式，索引和get

let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];

let third: &i32 = &v[2];
println!("The third element is {third}");

let third: Option<&i32> = v.get(2);
match third {
    Some(third) => println!("The third element is {third}"),
    None => println!("There is no third element."),
}

索引&x[y]的方式当出现越界访问时会panic，而get则会返回一个None值。

另外，当获取vector中某个元素的引用时，相当于对整体进行了引用，不能再向vector中插入元素了。（vector实现机制类似C++的，其内存位置可能会随着元素个数变化而改变，因此对某个元素的引用可能会造成空值）

• 遍历vector

只读：

let v = vec![100, 32, 57];
for i in &v { //获取vector中每个元素的不可变引用
    println!("{i}");
}

修改：

let mut v = vec![100, 32, 57];
for i in &mut v {
    *i += 50;
}

类似java，这样的for循环中不支持对vector的插入和删除。

• 在vector中存放不同的数据类型

通过元组实现：

enum SpreadsheetCell {
    Int(i32),
    Float(f64),
    Text(String),
}

let row = vec![
    SpreadsheetCell::Int(3),
    SpreadsheetCell::Text(String::from("blue")),
    SpreadsheetCell::Float(10.12),
];

通过特征对象实现（常用）：

trait IpAddr {
    fn display(&self);
}
struct V4(String);
impl IpAddr for V4 {
    fn display(&self) {
        println!("ipv4: {:?}",self.0)
    }
}
...
let v: Vec<Box<dyn IpAddr>> = vec![
    Box::new(V4("127.0.0.1".to_string())),
    Box::new(V6("::1".to_string())),
];

排序

rust中实现了2种排序算法：

1. 稳定的排序 sort 和 sort_by：速度慢， 额外分配空间
2. 非稳定排序 sort_unstable 和 sort_unstable_by：速度快

其中带有by后缀的可以实现自定义排序。

例如升序排序：

    let mut vec = vec![1, 5, 10, 2, 15];    
    vec.sort_unstable();  

• 实现自定义排序

sort_unstable()只能对实现全数值可比较Ord特征的类型进行排序。

如果sort_unstable不能满足排序情况，例如对f32类型排序(实现了部分排序)，则可以：

let mut vec = vec![1.0, 5.6, 10.3, 2.0, 15f32];    
    vec.sort_unstable_by(|a, b| a.partial_cmp(b).unwrap());

如果要对结构体数组进行排序，可以有2种方式，根据某个元素大小进行排序：

    let mut people = vec![
        Person::new("Zoe".to_string(), 25),
        Person::new("Al".to_string(), 60),
        Person::new("John".to_string(), 1),
    ];
    // 定义一个按照年龄倒序排序的对比函数
    people.sort_unstable_by(|a, b| b.age.cmp(&a.age));

也可以通过实现Ord特征进行排序。但实现Ord需要先实现Eq、PartialEq、PartialOrd，可以通过derive来实现：

#[derive(Debug, Ord, Eq, PartialEq, PartialOrd)]
struct Person {
    name: String,
    age: u32,
}

这样在排序时，会依据属性的顺序依次进行比较排序。

• 容量

容量 capacity 是已经分配好的内存空间

长度 len 则是当前 Vec 中已经存储的元素数量。

    let mut vec = Vec::with_capacity(10);

    assert_eq!(vec.len(), 0);
    assert_eq!(vec.capacity(), 10);

字符串

字符串实际上就是字符串字面值的引用。Sring是一个带有一些功能的字节vector的封装。

• 新建字符串

//创建空String
let mut s = String::new();
//根据已有的字符串创建
let s = "initial contents".to_string();
let s = String::from("initial contents");

• 更新字符串

let mut s = String::from("foo");
s.push_str("bar"); //附加字符串，注意，该函数使用的参数是引用
let s2 = "bar"; //s2类型为&str
s1.push_str(s2);
//之后s2还可以被使用

• 拼接字符串

let s1 = String::from("Hello, ");
let s2 = String::from("world!");
let s3 = s1 + &s2; // 注意 s1 被移动了，不能继续使用

s3的产生实际上调用了add函数，该函数定义为：

fn add(self, s: &str) -> String {

第一个参数为self本身，不是引用，因此会发生所有权的转移，s1之后不能再使用了。第二个形式参数虽然是&str，接收的实参是&String，但会发生类型强转，不会报错。之后s2还可以继续使用。

另一种拼接方法是使用format!，它的用法和println!类似，但是会返回拼接后的字符串：

let s = format!("{s1}-{s2}-{s3}"); //参数使用引用，不会获取任何参数所有权

• 索引字符串

请注意，Rust 的字符串不支持索引，即s[0]是非法的。如果真的想，那么应该使用[x..y]来获取字符串slice，如：

let hello = "Здравствуйте";

let s = &hello[0..4];

获取前4个字节。

HashMap

• 新建HashMap与访问

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut scores = HashMap::new();

    scores.insert(String::from("Blue"), 10);
    scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

    let team_name = String::from("Blue");
    let score = scores.get(&team_name).copied().unwrap_or(0);
}

get方法返回Option<&V>。如果键不存在，则返回None。

copied方法使得获取的是拷贝后的Option<V>而不是Option<&V>

unwrap_or在返回None的情况下设置为返回0.

遍历map的每个键值对：

for (key, value) in &scores {
    println!("{key}: {value}");
}

• 插入键值对

默认情况下，insert插入时是覆盖旧值的。

如果想只在没有该键值对时插入，则：

scores.entry(String::from("Yellow")).or_insert(50);

entry方法返回该键值对Entry<K,V>

entry的or_insert方法在键对应的值存在时，返回该值V的可变引用&mut V，否则将参数作为新值插入并返回新值的可变引用。

如果想根据旧值得到新值，则可以这样做：

let text = "hello world wonderful world";

let mut map = HashMap::new(); //HashMap<&str, i32>

for word in text.split_whitespace() {
    let count = map.entry(word).or_insert(0);
    *count += 1; //count类型为&i32，为了修改必须先解引用
}

• 通过[(K, V)]集合创建HashMap

    let teams_list = vec![
        ("中国队".to_string(), 100),
        ("美国队".to_string(), 10),
        ("日本队".to_string(), 50),
    ];

    let teams_map: HashMap<_,_> = teams_list.into_iter().collect();

错误处理

不可恢复的错误

对于出现错误需要结束程序运行的错误，可以使用panic!宏。

panic!("crash and burn");

如果要定位是具体是哪些函数在调用时出现Panic，就像java报错一样，则可以在运行时开启backtrace环境变量：

 RUST_BACKTRACE=1 cargo run

可恢复的错误

例如打开一个文件时，如果打开失败我们不需要退出程序，则这就是个可恢复的错误。可恢复的错误一般要求函数返回Result类型，它的定义是这样的：

enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}

看下面这个例子：

use std::fs::File;

fn main() {
    let greeting_file_result = File::open("hello.txt");

    let greeting_file = match greeting_file_result {
        Ok(file) => file,
        Err(error) => panic!("Problem opening the file: {:?}", error),
    };
}

File::open函数返回值就是Result<T,E>，T在这里指文件句柄，E的类型是std::io::Error。当open函数成功时，返回一个Ok实例，失败时返回Err实例。

下面是将Result作为函数返回值的例子：

fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {

• 简写形式：

可以使用unwrap来简化错误处理：

let greeting_file = File::open("hello.txt").unwrap();

Result成员为Ok时，返回Ok中的值；如果为Err，则panic

使用expect简化：

expect比unwrap更强大，可以自己提供报错信息，其他与unwrap相同

let greeting_file = File::open("hello.txt")
    .expect("hello.txt should be included in this project");

• 错误传播

就像java中的throw 异常一样，不过是rust只能返回Result值。

fn read_username_from_file() -> Result<String, io::Error> {
    let mut username_file = File::open("hello.txt")?;
    let mut username = String::new();
    username_file.read_to_string(&mut username)?;
    Ok(username)
}

?相当于一个match表达式，如果是Ok则返回Ok的值；如果是Err则将Err作为整个函数的返回值。。而且?可以自动进行类型转换，调用from方法

另外，?也可以作用于Option对象，当为Some时返回Some中的值，为None时整个函数返回None。

注意，不太能在闭包中使用?，因为闭包函数必须返回Result或者Option才可以

• try！

尽量不要使用了

• 带返回值的main函数

fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let f = File::open("hello.txt")?;

    Ok(())
}

泛型

泛型可以代表多种类型。

函数中的泛型

函数参数和返回值可以使用泛型，使得函数可以接收或返回不同类型的数据。例如

fn largest<T>(list: &[T]) -> T {

函数largest有泛型参数T，函数参数list的元素类型是T，类型是数组切片，返回值也是T。调用时按正常函数调用即可。

结构体中的泛型

struct Point<T> {
    x: T,
    y: T,
}

方法中的泛型

struct Point<X1, Y1> {
    x: X1,
    y: Y1,
}

impl<X1, Y1> Point<X1, Y1> {
    fn mixup<X2, Y2>(self, other: Point<X2, Y2>) -> Point<X1, Y2> {
        Point {
            x: self.x,
            y: other.y,
        }
    }
}

fn main() {
    let p1 = Point { x: 5, y: 10.4 };
    let p2 = Point { x: "Hello", y: 'c' };

    let p3 = p1.mixup(p2);

    println!("p3.x = {}, p3.y = {}", p3.x, p3.y);
}

impl后面的泛型<X1, Y1>是指impl后面结构体中是泛型而不是具体类型。方法中的泛型是指该方法的。

泛型类型T有时候需要增加一个类型限制，来满足一些运算符，这个类型限制就是Trait。

Trait

trait类似于java语言中interface接口的功能，定义共同的行为。

为类型定义trait

例如两个结构体：News和Tweet，它们都需要一个成员方法，显示消息的摘要，那么可以这样定义：

pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}

trait后面是该trait的名字，要实现这个方法则这么做：

impl Summary for NewsArticle {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{}, by {} ({})", self.headline, self.author, self.location)
    }
}

另外，使用时需要将trait和类型一起引入作用域，以便使用额外的trait方法：

use aggregator::{Summary, Tweet};

当然，也可以在定义trait时就指定一个默认的方法：

pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String {
        String::from("(Read more...)")
    }
}

如果想让News使用这个默认方法，只需要让News成为这个trait即可，不需要做额外操作：impl Summary for NewsArticle {}

将trait作为函数参数

如果想让特定的泛型作为函数参数，也就是一个接口作为参数，则可以像下面这样做：

pub fn notify(item: &impl Summary) {
    println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}

这样，item参数就是实现了Summary特征的类型。

还有一种写法，比如：

pub fn notify<T: Summary>(item1: &T, item2: &T) {

这样，item1和item2都必须是同一类型T。T必须实现了Summary。这种impl trait的语法被称为trait bound。

• 指定多个trait

如果参数要有多个约束条件，即多个trait，那么可以用+号实现：

pub fn notify<T: Summary + Display>(item: &T) {
//或
pub fn notify(item: &(impl Summary + Display)) {

另外，也可以用where从句简化trait bound的长度：

fn some_function<T, U>(t: &T, u: &U) -> i32
where
    T: Display + Clone,
    U: Clone + Debug,
{

在返回值中使用trait

函数如果要返回一个实现了某个特征的类型，则可以这么写：

fn returns_summarizable() -> impl Summary {

不过这只适用于返回单一类型。如果返回News或Tweet都可能则无法通过编译。如果要实现返回不同的类型，则需要使用特征对象。

特征对象

类似于用一个接口来同时代表许多个类型，只使用泛型时一个接口同时只能表示一个类型。

特征对象指向实现了某个特征X（下面是Draw）的实例，可以通过 & 引用或者 Box<T> 智能指针的方式来创建特征对象。

例如：

fn draw1(x: Box<dyn Draw>) {
    // 由于实现了 Deref 特征，Box 智能指针会自动解引用为它所包裹的值，然后调用该值对应的类型上定义的 `draw` 方法
    x.draw();
}

fn draw2(x: &dyn Draw) {
    x.draw();
}

draw1(Box::new(x));
draw2(&x);

dyn 关键字只用在特征对象的类型声明上，在创建时无需使用 dyn。也就是说，draw1和draw2的参数x就是特征对象。

注意，特征对象在使用时，只能使用该特征的方法，而不能再使用其具体类型的方法

• 特征对象的限制

只有满足下面2个条件的特征才能拥有特征对象：

1. 方法的返回类型不能是 Self
2. 方法没有任何泛型参数

如果返回Self，则特征对象返回一个具体的类型，则和上面的注意相违背。

如果包含泛型参数，则还是与具体类型有关。

• 一些使用示例：

1. 返回值中使用特征对象

fn hatch_a_bird(t:i32) -> Box<dyn Bird>{
    match t {
        2 => {
            let duck = Duck{};
            Box::new(duck)
        },
        _ => {
            let swan = Swan{};
            Box::new(swan)
        },
        
    }
}

2. 数组中使用特征对象

let birds: [Box<dyn Bird>; 2] = [Box::new(Duck{}), Box::new(Swan{})];

特征约束

特征约束用来限定泛型类型必须实现哪些特征。看下面一段代码：

use std::fmt::Display;

struct Pair<T> {
    x: T,
    y: T,
}

impl<T> Pair<T> {
    fn new(x: T, y: T) -> Self {
        Self { x, y }
    }
}

impl<T: Display + PartialOrd> Pair<T> {
    fn cmp_display(&self) {
        if self.x >= self.y {
            println!("The largest member is x = {}", self.x);
        } else {
            println!("The largest member is y = {}", self.y);
        }
    }
}

这表明，T类型必须要实现DIsplay+PartialOrd两个特征。

另外，也可以为任何实现了某个trait的类型再实现一个trait：

impl<T: Display> ToString for T {
    // --snip--
}

这位所有实现了Display的类型又实现了ToString。这种操作又称为blanket implementations.

特征定义中的特征约束

如果定义一个特征A时，特征A需要使用另一个特征B的功能，则需要限定实现特征A的类型也实现特征B。

trait OutlinePrint: Display {
    fn outline_print(&self) {
        let output = self.to_string(); //使用了Display
    }
}

通过derive派生特征

通过derive来派生特征，可以让某类型自动实现对应的特征代码，简化写法。

例如：

 #[derive(Debug)]
struct xxx {}

这样，xxx就实现了Debug特征，并可以使用该特征下实现的默认代码

关联类型

关联类型是在特征定义的语句块中，申明一个自定义类型，这样就可以在特征的方法签名中使用该类型：

pub trait Iterator {
    type Item;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
}
impl Iterator for Counter {
    type Item = u32;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        // --snip--
    }
}

Self用来指代当前调用者的具体类型。因此对于实现迭代器特征的Counter来说，next函数返回的就是Option<u32>

默认泛型类型参数

使用泛型类型参数时，可以指定一个默认的具体类型，使用时可以不再声明。

trait Add<RHS=Self> {
    type Output;

    fn add(self, rhs: RHS) -> Self::Output;
}

如果相加的两个类型相同时，只需要impl Add即可，而不需要impl Add<SOME_Type>。

调用同名的方法

如果特征上有同名的方法，而且本类型上也有，则优先调用本类型上定义的方法。

如果要调用特征上的方法，则使用完全限定语法即可。

<Type as Trait>::function(receiver_if_method, next_arg, ...);

Type为具体类型，Trait为要调用方法的特征。第一个参数为方法接收器(3种self的具体形式)，之后为参数。

包和模块

• 项目(Packages)：一个 Cargo 提供的 feature，可以用来构建、测试和分享包
• 包(Crate)：一个由多个模块组成的树形结构，编译后会生成一个可执行文件或者一个库
• 模块(Module)：可以一个文件多个模块，也可以一个文件一个模块，模块可以被认为是真实项目中的代码组织单元

项目Package

Package是一个工程项目，含有独立的 Cargo.toml 文件，以及因为功能性被组织在一起的一个或多个包。一个Package只能包含一个库(library)类型的包，但是可以包含多个二进制可执行类型的包。

典型的Package结构：

• 唯一库包：src/lib.rs
• 默认二进制包：src/main.rs，编译后生成的可执行文件与 Package 同名
• 其余二进制包：src/bin/main1.rs 和 src/bin/main2.rs，它们会分别生成一个文件同名的二进制可执行文件
• 集成测试文件：tests 目录下
• 基准性能测试 benchmark 文件：benches 目录下
• 项目示例：examples 目录下

包crate

crate 是一个编译单元。二进制包的包根为src/main.rs，库包的包根为src/lib.rs。包根是编译器开始处理源代码文件的地方

模块

模块是Rust的代码构成单元。

• 创建新模块

mod aname

Rust所有类型默认情况下都是私有化的，父模块完全无法访问子模块中的私有项，但子模块可以访问父模块及其父...模块的私有项。

同层模块之间可以相互访问（不管pub）

• 将模块与文件分离

在lib.rs中加入mod front_of_house; ，告诉 Rust 从另一个和模块 front_of_house 同名的文件中加载该模块的内容。（如果要该模块可见，则需要加pub）

如果要把一个文件夹作为一个模块，那么该文件夹要包含一个rs文件，该文件中定义子模块（声明），来确定子模块的可见性，例如：

pub mod hosting;
pub mod serving;

而在hosting.rs和serving.rs中，则直接写函数即可。

• main.rs要引用lib.rs时

要引用的加包名::。。。

模块允许控制可见性和作用域。编译器编译时，会依次执行以下步骤：

1. 从 crate 根节点开始: 在src/lib.rs和src/main.rs下寻找被编译的代码

2. 声明模块：crate根文件中，可以用mod garden;声明一个叫做garden新模块，编译器会在下列位置寻找模块代码：

   1. 当mod garden后方不是一个分号而是一个大括号
   2. 在文件 src/garden.rs
   3. 在文件 src/garden/mod.rs

3. 声明子模块: 在除了 crate 根节点以外的其他文件中，可以定义子模块。例如，可以在src/garden.rs中定义mod vegetables;，其父模块为garden，故编译器会在garden下寻找子模块代码：

   1. 当mod vegetables后方不是一个分号而是一个大括号
   2. 在文件 src/garden/vegetables.rs
   3. 在文件 src/garden/vegetables/mod.rs

4. 模块中的代码路径：一个 garden vegetables 模块下的Asparagus类型可以在crate::garden::vegetables::Asparagus被找到

5. 私有 vs 公用: 子模块的代码默认对其父模块私有。可以使用pub mod声明来使模块公用。公用模块内部成员如果要公用还需要在其前加pub

6. use 关键字: 在一个作用域内，use关键字创建了一个成员的快捷方式。类比java就行

可见性

同一个模块中的代码互相都可见。

模块的可见性仅仅是允许其它模块去引用它

crate&module

Crate是一个独立的编译单元，例如main.rs和lib.rs都是一个Crate(crate root)，它的名字和它所在的project名称相同，都是文件夹的名字。

module则是通过mod来创建的。用于对crate按照功能性进行充足。module可以嵌套，其中父module不能访问子module的私有项，而子module可以完全访问父module、父父module的所有私有项。

使用模块或模块中的函数用use即可。

• re-export

当外部module A被引入到当前module中，它的可见性自动被设为私有。如果希望允许其他外部代码引用module A，则可以对它进行再导出：

pub use crate::front_of_house::hosting;

问题

• 函数参数前加mut是什么意思？

其实函数参数理解成一个变量的定义即可，加mut就是说这个变量可以改变。