rust 教程 01 基础类型

rust 教程 01

安装

我们通常使用rustup来安装rust的相关开发工具，默认存储在~/.cargo/bin目录下，使用如下命令即可安装rust：

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

# update rustup
rustup update

基础类型

rust的内存和线程安全依赖其类型系统的soundness，rust的灵活性依赖于generic types和trait.

这节我们将探讨rust中表示值的基础类型；不像动态类型，我们必须显式给出函数参数及返回值、结构体的字段以及一些其他结构的类型；除此之外rust提供以下两个机制来改进类型标注的体验：

1. 在标注需要的类型之后，rust会使用类型推导的机制推断出其他类型，例如我们可以只标注下面函数的返回类型

fn build_vector() -> Vec<i16> {
    let mut v = Vec::new();
    v.push(10);
    v
}

2. 函数可以是generic的

我们在这里给出类型概览的表格：

类型	描述	值
i/u8, i/u16, i32, i64, i128	有符号与无符号数	42, -5i8, 20_922u64
isize / usize	与机器地址相同长度的数	137
f32/f64		3.14f32
bool		true, false
char		'*'
(char, u8, i32)	元组	('%', 0x7f, -1)
()	unit类型	()
struct S	具名结构体	S
struct T (i32,char);	类元组结构体	T(120, 'x')
struct E;	没有field	E
enum Attend	枚举类型	Attend::Late(5), Attend::OnTime
Box <Attend>	Box: 拥有一个指向堆内存的指针	Box::new(Attend::Late(5))
&i32, &mut 32	共享以及可变引用，没有所有权	&s.y, &mut v
String	动态长度的字符串	"hello".to_string()
&str	指向str的引用，没有所有权	"hello", &s[..]
[f64;4]	固定长度的数组	[2.0, 2.0, 1.0, 3.0]
Vec	变长数组	vec![0.1, 0.2]
&[u8], &mut [u8]	指向切片的引用, 是一个胖指针，包括指针以及长度	&v[..]
Option<&str>	可选值
Result<u64, Error>	Ok(v) or Err(e)
&dyn Any, &mut dyn Read	trait 对象: 也是一个引用，主要是动态分发	value as &dyn Any
fn(&str) -> bool	指向函数的指针	str::is_empty
闭包类型	Closure	|a, b|

我们将在这里以及之后的博客提供这些类型更多的细节。

定长的数值类型

如果你需要特殊的精度，可以查看 num crate 找到需要的功能。

整型

我们使用u8来作为字节类型，例如读取二进制文件等。注意char和u8是两个不同的类型。

rust的usize和isize类似于c的size_t以及c++的ptrdiff_t, 注意rust中的数组索引为 usize 类型，array vec等的长度也通常是usize类型。

整型字面量可以有后缀，例如42u8等；如果未指定，rust会自动推断出类型，如果有多个可能的候选类型，并且i32也是候选之一，那么将其指定为i32类型。

前缀主要指16，8，2进制, 0x 0o 0b。我们可以使用下划线来分割数字，使其更可读。

提供一个char-like的byte字面量： b'X'; 有些需要通过 \来进行转义。除此之外，你可以使用16进制的写法增加可读性，例如 b'\xHH'.

可以通过使用 as 将一个整数类型转为另一个；注意可能发生截断和补齐。

标准库(包括i32以及std::i32)也提供了一些整型上的操作，例如

assert_eq!(2_u16.pow(4), 16);
// .abs()
// .count_ones()

通常来说，在调用这些方法时，我们不需要加上后缀；但是有些情况比较特殊,

println!("{}", (-4).abs());

这里编译器将会报错，默认的i32类型只有在所有其他方法都被解析完成后才能生效。解决方法：

(-4_i32).abs()
// or i32::abs(-4) 

同时也需注意函数调用相比单目运算符具有更高的优先级，所以上面的例子需使用括号包裹。

checked, wrapping, saturating, and overflow

注意数值运算可能发生益处，在debug模式下，会使得程序panic；release模式将会像c/c++一样

我们可以显式指定在任意build下的行为：

loop {
    // 在任意build下，溢出都会panic
    i = i.checked_mul(10).expect("overflow!"); 
}

• checked: 返回结果的option，如果结果不正确返回None
• wrapping: 返回数值正确的值，会进行取模
• staturating: 返回最接近的值，最大或最小
• overflowing: 返回一个元组 (result, overflowed), result 是wrapping的结果，overflowed指定是否发生了溢出

浮点

rust可能使用 f64 作为默认类型，注意只有浮点字面量才能推导出浮点类型；注意f32 和 f64都有关联常量： INFINITY NEG_INFINITY NAN MIN MAX

std::f32::consts std::f64::consts 提供了常见的数学常量，如 pi

bool 类型

注意只能由bool值转为整型值；反方向将不能。虽然bool逻辑上只需要一个bit，但是实际存储时也是存一个byte，所以可以创建指向它的指针。

char

char类型表示一个unicode字符，32-bit。但需注意String表示的是UTF-8的字节序列，与单个char有区别。

• 如果char的code point在ascii字符范围内，可以使用类似 '\x2A'来表示
• 我们也可以写'\u{HHHHHH}'来表示任意的unicode

只能使用as将其强制转为其他整型；只有u8可以被转为char；但是标准库也提供一些函数 std::char::from_u32: 返回一个Option

tuples

给定一个tuple的值，可以通过类似t.0访问对应的值；注意tuple只能使用常量作为索引值。

注意单元组需要使用(&str,)进行声明；rust在很多地方都运行末尾多余的逗号：函数参数，数组，结构体，枚举等的定义。

指针类型

三种：ref, box, raw pointers

ref

表达式&x会产生指向x的引用；在rust的术语下，我们称借用x的一个引用；*r会解包出对应的值。存在两种类型：

• &T: 不可变，共享的引用
• &mut T: 可变 专用的引用

Boxes

在堆上分配一个值，使用Box::new方法：

let t = 12;
let b = Box::new(t);

当b离开作用域时，b的资源将被释放；除非b被移动，例如返回它

raw pointers

*mut T *const T, 使用raw pointer是不安全的。注意只能在unsafe中deref raw pointers。

Array vector slices

• array: [T; N]
• vec: Vec<T>
• slices: &[T] &mut[T]

注意索引只能为usize类型；我们可以slice array, vector甚至继续slice slice。比如

fn main() {
    let s = vec![1,2,3,4,5];
    let s_1 = &s[1..3];
    let s_2 = &s_1[1..];
    println!("{:?}", s_1);
    println!("{:?}", s_2);
    println!("{:?}", s);
}

String 类型

类似于C++中两类string 类型，一种字面量的类型为const char *；另一种则可以在运行时进行动态更改的std::string.

string 字面量

使用双引号包裹，并可以使用\进行转义，可以是多行，其中的空白字符将不会被strip，如果在一行的结尾使用\时，空白字符将被strip；注意我们可以使用raw string，比如r"C:\"以及r###" "###

byte strings

带有b前缀的字符字面量；这种string是u8的slice：

let method = b"GET";

注意它不具有我们将讨论的string 的任何方法

内存中的strings

rust的strings是unicode char的序列，但在内存中，它们并不是作为chars的数组进行存储；相反它使用utf-8进行存储，这是一种变长的编码形式；每个ascii字符只存一个byte，其他则占据多个byte。

String和&str的.len()方法都返回它的长度，这个长度指的是bytes数，而不是char的数目。在运行时创建新的string那就使用String；注意&mut str并不是非常有用，因为对于切片元素的更改，可能会导致字符大小的更改，而切片不能重新分配内存，唯一有用的方法是 make_ascii_lowercase 和 make_ascii_uppercase。

String

有一些创建 String 的方法：

• to_string：可以将&str转为String
• format!(): 例如 format!("{}, {}", 10, 20)
• .concat() .join(seq): 主要是对于strings的arr vec slice使用

使用String

支持==和!=两种运算。

其他string-like的类型

• 文件名 std::path::PathBuf 和 &Path
• 环境变量 命令行参数 OsString &OsStr
• 与C库进行交互时, std::ffi::CString &CStr

类型别名

type Bytes = Vec<u8>;