【Rust】Rust学习

文档：Rust 程序设计语言 - Rust 程序设计语言 简体中文版 (bootcss.com)

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第一章入门

入门指南 - Rust 程序设计语言 简体中文版

第二章猜猜看游戏

猜猜看游戏教程 - Rust 程序设计语言 简体中文版 (bootcss.com)

// 导入库
use std::io;
use std::cmp::Ordering;
use rand::Rng;fn main() {println!("Guess the number!");// 生成一个随机数，范围在[1, 100],，需要在配置文toml中加依赖let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1, 101);// loop循环loop {println!("Please input your guess.");// 定义一个可变变量，加mut是可变的，不加mut是不可变的let mut guess = String::new();// 读一行数据到guess中，返回值是Result(枚举，成员是Ok和Err)// Result 拥有expect方法// 如果 io::Result 实例的值是 Err，expect 会导致程序崩溃，并显示当做参数传递给 expect 的信息。// 如果 read_line 方法返回 Err，则可能是来源于底层操作系统错误的结果。如果 io::Result 实例的值是 Ok，expect 会获取 Ok 中的值并原样返回。io::stdin().read_line(&mut guess).expect("Failed to read line");// Rust 允许用一个新值来 隐藏 （shadow） guess 之前的值// String 实例的 trim 方法会去除字符串开头和结尾的空白字符。// 字符串的 parse 方法 将字符串解析成数字。// parse也是有返回值，成功的话就是返回num，失败则继续输入let guess: u32 = match guess.trim().parse() {Ok(num) => num,Err(_) => continue,};println!("You guessed: {}", guess);// 用match来匹配match guess.cmp(&secret_number) {Ordering::Less => println!("Too small!"),       // guess < secret_numberOrdering::Greater => println!("Too big!"),Ordering::Equal => {println!("You win!");                       // 匹配，跳出循环break;}}}
}

代码量不大，学了不少语法

测试

第三章常见编程概念

3.1 变量与可变性

变量不可改

fn main() {println!("Hello, world!");let i = 3;println!("i = {}", i);i = 23;                 // 变量不可以更改println!("i = {}", i);
}

结果

 可变变量，可以修改

fn main() {println!("Hello, world!");let mut i = 3;println!("i = {}", i);i = 23;println!("i = {}", i);
}

变量与常量的区别

（1）不允许对常量使用mut;

（2）声明常量使用 const 关键字而不是 let，并且 必须 注明值的类型；

（3）常量可以在任何作用域中声明；

（4）常量只能被设置为常量表达式，而不能是函数调用的结果，或任何其他只能在运行时计算出的值。

const MAX_POINTS : u32 = 100_100;

隐藏（Shadowing）

fn main() {let x = 5;let x = x + 1;let x = x * 2;println!("The value of x is: {}", x);
}

隐藏与将变量标记为 mut 是有区别的。当不小心尝试对变量重新赋值时，如果没有使用 let 关键字，就会导致编译时错误。通过使用 let，我们可以用这个值进行一些计算，不过计算完之后变量仍然是不变的。

mut 与隐藏的另一个区别是，当再次使用 let 时，实际上创建了一个新变量，我们可以改变值的类型，但复用这个名字。

3.2 数据类型

标量类型 标量（scalar）类型代表一个单独的值。Rust 有四种基本的标量类型：整型、浮点型、布尔类型和字符类型。

整数

长度	有符号	无符号
8-bit	i8	u8
16-bit	i16	u16
32-bit	i32	u32
64-bit	i64	u64
128-bit	i128	u128
arch	isize	usize

整形字面值

数字字面值	例子
Decimal	98_222
Hex	0xff
Octal	0o77
Binary	0b1111_0000
Byte (u8 only)	b'A'

浮点型

Rust 也有两个原生的 浮点数（floating-point numbers）类型，它们是带小数点的数字。Rust 的浮点数类型是 f32 和 f64，分别占 32 位和 64 位。默认类型是 f64，因为在现代 CPU 中，它与 f32 速度几乎一样，不过精度更高。

Rust 中的所有数字类型都支持基本数学运算：加法、减法、乘法、除法和取余。

fn main() {// 加法let _sum = 5 + 10;// 减法let _difference = 95.5 - 4.3;// 乘法let _product = 4 * 30;// 除法let _quotient = 56.7 / 32.2;// 取余let _remainder = 43 % 5;
}

布尔型

正如其他大部分编程语言一样，Rust 中的布尔类型有两个可能的值：true 和 false。Rust 中的布尔类型使用 bool 表示。

字符类型

在 Rust 中，拼音字母（Accented letters），中文、日文、韩文等字符，emoji（绘文字）以及零长度的空白字符都是有效的 char 值。Unicode 标量值包含从 U+0000 到 U+D7FF 和 U+E000 到 U+10FFFF 在内的值。不过，“字符” 并不是一个 Unicode 中的概念，所以人直觉上的 “字符” 可能与 Rust 中的 char 并不符合。

fn main() {let c = 'z';let z = 'ℤ';let heart_eyed_cat = '😻';
}

复合类型

复合类型（Compound types）可以将多个值组合成一个类型。Rust 有两个原生的复合类型：元组（tuple）和数组（array）

元组是一个将多个其他类型的值组合进一个复合类型的主要方式。元组长度固定：一旦声明，其长度不会增大或缩小。

使用包含在圆括号中的逗号分隔的值列表来创建一个元组。元组中的每一个位置都有一个类型，而且这些不同值的类型也不必是相同的。

fn main() {let tup: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);let tup = (500, 6.4, 1);let (x, y, z) = tup;println!("The value of y is: {}", y);let x: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);let _five_hundred = x.0;          // 解构let _six_point_four = x.1;        // 解构let _one = x.2;                   // 解构}

另一个包含多个值的方式是 数组（array）。与元组不同，数组中的每个元素的类型必须相同。Rust 中的数组与一些其他语言中的数组不同，因为 Rust 中的数组是固定长度的：一旦声明，它们的长度不能增长或缩小。

Rust 中，数组中的值位于中括号内的逗号分隔的列表中。

fn main() {let a = [1, 2, 3, 4, 5];let months = ["January", "February", "March", "April", "May", "June", "July","August", "September", "October", "November", "December"];let a: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];let first = a[0];let second = a[1];let index = 3;let element = a[index];println!("The value of element is: {}", element);
}

3.3 函数如何工作

和C++大同小异，这里不同的是具有返回值的函数

fn five() -> i32 {// 没有return// 没有分号5
}fn main() {let x = five();println!("The value of x is: {}", x);
}

3.4 注释

不赘述

3.5 控制流

if-else

fn main() {let number = 6;// 注意没有括号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");}
}

在let语句中使用if

fn main() {let condition = true;let number = if condition {5} else {6};println!("The value of number is: {}", number);
}

if 的每个分支的可能的返回值都必须是相同类型

循环语句

Rust 有三种循环：loop、while 和 for。

loop

fn main() {let mut counter = 0;let result = loop {counter += 1;if counter == 10 {break counter * 2;}};println!("The result is {}", result);
}

while

fn main() {let mut number = 3;while number != 0 {println!("{}!", number);number = number - 1;}println!("LIFTOFF!!!");
}

for

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

第四章认识所有权

所有权（系统）是 Rust 最为与众不同的特性，它让 Rust 无需垃圾回收（garbage collector）即可保障内存安全。因此，理解 Rust 中所有权如何工作是十分重要的。

4.1 所有权

所有运行的程序都必须管理其使用计算机内存的方式。一些语言中具有垃圾回收机制，在程序运行时不断地寻找不再使用的内存；在另一些语言中，程序员必须亲自分配和释放内存。Rust 则选择了第三种方式：通过所有权系统管理内存，编译器在编译时会根据一系列的规则进行检查。在运行时，所有权系统的任何功能都不会减慢程序。

所有权规则

1. Rust 中的每一个值都有一个被称为其 所有者（owner）的变量。
2. 值有且只有一个所有者。
3. 当所有者（变量）离开作用域，这个值将被丢弃。

字符串字面值不可变，这里以String为例

fn main() {println!("Hello, world!");// String在堆上// from 函数基于字符串字面值来创建 Stringlet mut str = String::from("hello");str.push_str(", world");              // push_str() 在字符串后追加字面值println!("{}", str);
}

结果

对于 String 类型，为了支持一个可变，可增长的文本片段，需要在堆上分配一块在编译时未知大小的内存来存放内容。这意味着：

• 必须在运行时向操作系统请求内存。
• 需要一个当我们处理完 String 时将内存返回给操作系统的方法。

第一部分由我们完成：当调用 String::from 时，它的实现 (implementation) 请求其所需的内存。这在编程语言中是非常通用的。

然而，第二部分实现起来就各有区别了。在有 垃圾回收（garbage collector，GC）的语言中， GC 记录并清除不再使用的内存，而我们并不需要关心它。没有 GC 的话，识别出不再使用的内存并调用代码显式释放就是我们的责任了，跟请求内存的时候一样。从历史的角度上说正确处理内存回收曾经是一个困难的编程问题。如果忘记回收了会浪费内存。如果过早回收了，将会出现无效变量。如果重复回收，这也是个 bug。我们需要精确的为一个 allocate 配对一个 free。

Rust 采取了一个不同的策略：内存在拥有它的变量离开作用域后就被自动释放。

fn main() {{let s = String::from("hello"); // 从此处起，s 是有效的// 使用 s}                                  // 此作用域已结束，// s 不再有效
}

注意：在 C++ 中，这种 item 在生命周期结束时释放资源的模式有时被称作 资源获取即初始化（Resource Acquisition Is Initialization (RAII)）。如果你使用过 RAII 模式的话应该对 Rust 的 drop 函数并不陌生。

变量与数据交互的方式（一）：移动

fn main() {let x = 5;let y = x;
}

基本变量赋值，x和y都在栈中，且值为5。

那么String类型呢？

fn main() {let s1 = String::from("hello");let s2 = s1;
}

String 由三部分组成，如图左侧所示：一个指向存放字符串内容内存的指针，一个长度，和一个容量。这一组数据存储在栈上。右侧则是堆上存放内容的内存部分。

长度表示 String 的内容当前使用了多少字节的内存。容量是 String 从操作系统总共获取了多少字节的内存。长度与容量的区别是很重要的，不过在当前上下文中并不重要，所以现在可以忽略容量。

当将 s1 赋值给 s2，String 的数据被复制了，这意味着我们从栈上拷贝了它的指针、长度和容量。我们并没有复制指针指向的堆上数据。

 像C++中的浅拷贝

如果 Rust 也拷贝了堆上的数据，那么内存看起来就是这样的。如果 Rust 这么做了，那么操作 s2 = s1 在堆上数据比较大的时候会对运行时性能造成非常大的影响。

（浅拷贝）这就有了一个问题：当 s2 和 s1 离开作用域，他们都会尝试释放相同的内存。这是一个叫做 二次释放（double free）的错误，也是之前提到过的内存安全性 bug 之一。两次释放（相同）内存会导致内存污染，它可能会导致潜在的安全漏洞。

为了确保内存安全，这种场景下 Rust 的处理有另一个细节值得注意。与其尝试拷贝被分配的内存，Rust 则认为 s1 不再有效，因此 Rust 不需要在 s1 离开作用域后清理任何东西。看看在 s2 被创建之后尝试使用 s1 会发生什么；这段代码不能运行：

fn main() {let s1 = String::from("hello");let s2 = s1;println!("{}, world!", s1);}

结果：

如果你在其他语言中听说过术语 浅拷贝（shallow copy）和 深拷贝（deep copy），那么拷贝指针、长度和容量而不拷贝数据可能听起来像浅拷贝。不过因为 Rust 同时使第一个变量无效了，这个操作被称为 移动（move），而不是浅拷贝。上面的例子可以解读为 s1 被 移动 到了 s2 中。那么具体发生了什么，如图

这样就解决了之前的问题！因为只有 s2 是有效的，当其离开作用域，它就释放自己的内存。

另外，这里还隐含了一个设计选择：Rust 永远也不会自动创建数据的 “深拷贝”。因此，任何 自动 的复制可以被认为对运行时性能影响较小。

变量与数据交互的方式（二）：克隆

如果 确实 需要深度复制 String 中堆上的数据，而不仅仅是栈上的数据，可以使用一个叫做 clone 的通用函数。

fn main() {let s1 = String::from("hello");let s2 = s1.clone();println!("{}, world!", s1);println!("{}, world!", s2);
}

这段代码的实际结果就是如下图

只在栈上的数据：拷贝

但这段代码似乎与我们刚刚学到的内容相矛盾：没有调用 clone，不过 x 依然有效且没有被移动到 y 中。

fn main() {let x = 5;let y = x;println!("x = {}, y = {}", x, y);
}

原因是像整型这样的在编译时已知大小的类型被整个存储在栈上，所以拷贝其实际的值是快速的。这意味着没有理由在创建变量 y 后使 x 无效。换句话说，这里没有深浅拷贝的区别，所以这里调用 clone 并不会与通常的浅拷贝有什么不同，可以不用管它。

所有权与函数

将值传递给函数在语义上与给变量赋值相似。向函数传递值可能会移动或者复制，就像赋值语句一样。

简单的案例，见注释

fn main() {let s = String::from("hello");           // s 进入作用域takes_ownership(s);                  // s 的值移动到函数里 ...// ... 所以到这里不再有效// println!("{}", s);                               // 报错let x = 5;                                  // x 进入作用域makes_copy(x);                      // x 应该移动函数里，// 但 i32 是 Copy 的，所以在后面可继续使用 x} // 这里, x 先移出了作用域，然后是 s。但因为 s 的值已被移走，// 所以不会有特殊操作fn takes_ownership(some_string: String) { // some_string 进入作用域println!("{}", some_string);
} // 这里，some_string 移出作用域并调用 `drop` 方法。占用的内存被释放fn makes_copy(some_integer: i32) { // some_integer 进入作用域println!("{}", some_integer);
} // 这里，some_integer 移出作用域。不会有特殊操作

复杂一点的

fn main() {let s = String::from("hello");           // s 进入作用域takes_ownership(s);                  // s 的值移动到函数里 ...// ... 所以到这里不再有效// println!("{}", s);                               // 报错
} 
fn takes_ownership(some_string: String) { // some_string 进入作用域let str = String::from(some_string);println!("{}", some_string);                      // 报错         
}

返回值与作用域

返回值也可以转移所有权

见注释

fn main() {let s1 = gives_ownership();         // gives_ownership 将返回值// 移给 s1let s2 = String::from("hello");     // s2 进入作用域let s3 = takes_and_gives_back(s2);  // s2 被移动到// takes_and_gives_back 中, // 它也将返回值移给 s3
} // 这里, s3 移出作用域并被丢弃。s2 也移出作用域，但已被移走，// 所以什么也不会发生。s1 移出作用域并被丢弃fn gives_ownership() -> String {             // gives_ownership 将返回值移动给// 调用它的函数let some_string = String::from("hello"); // some_string 进入作用域.some_string                                      // 返回 some_string 并移出给调用的函数
}// takes_and_gives_back 将传入字符串并返回该值
fn takes_and_gives_back(a_string: String) -> String { // a_string 进入作用域a_string  // 返回 a_string 并移出给调用的函数
}

变量的所有权总是遵循相同的模式：将值赋给另一个变量时移动它。当持有堆中数据值的变量离开作用域时，其值将通过 drop 被清理掉，除非数据被移动为另一个变量所有。

在每一个函数中都获取所有权并接着返回所有权有些啰嗦。如果想要函数使用一个值但不获取所有权该怎么办呢？如果还要接着使用它的话，每次都传进去再返回来就有点烦人了，除此之外，也可能想返回函数体中产生的一些数据。可以使用元组来返回多个值

fn main() {let s1 = String::from("hello");let (s2, len) = calculate_length(s1);println!("The length of '{}' is {}.", s2, len);
}fn calculate_length(s: String) -> (String, usize) {let length = s.len(); // len() 返回字符串的长度(s, length)
}

好

返回参数的所有权

见引用部分

4.4 引用与借用

下面是如何定义并使用一个calculate_length 函数，它以一个对象的引用作为参数而不是获取值的所有权：

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.len()
}

& 符号就是 引用，它允许你使用值但不获取其所有权。

注意：与使用 & 引用相反的操作是 解引用（dereferencing），它使用解引用运算符，*。

变量 s 有效的作用域与函数参数的作用域一样，不过当引用离开作用域后并不丢弃它指向的数据，因为我们没有所有权。

将获取引用作为函数参数称为 借用（borrowing）。

正如变量默认是不可变的，引用也一样（默认）不允许修改引用的值。

fn main() {let s = String::from("hello");change(&s);
}fn change(some_string: &String) {some_string.push_str(", world");
}

结果

可变引用 

fn main() {// s也必须是mut的let mut s = String::from("hello");change(&mut s);
}// 注意形参的形式
fn change(some_string: &mut String) {some_string.push_str(", world");
}

不过可变引用有一个很大的限制：在特定作用域中的特定数据有且只有一个可变引用。

fn main() {let mut s = String::from("hello");let r1 = &mut s;let r2 = &mut s;             // 错误println!("{}, {}", r1, r2);}