Rust语法: 枚举，泛型，trait

这是我学习Rust的笔记，本文适合于有一定高级语言基础的开发者看不适合刚入门编程的人，对于一些概念像枚举，泛型等，不会再做解释，只写在Rust中怎么用。

枚举

枚举的定义与赋值

枚举的定义格式如下：
enum 枚举名{
值1(附加类型),
值2(附加类型),…
}
其中，关联类型可以省去

例如要创建一个神经网络类型的枚举，就可以这样定义

enum NeuralNetwork {CNN,RNN,GAN,Transformer,GNN
}

下面是传参和创建的例子，其中引用的部分可以看后面的，所有权&生命周期这一部分。

enum NeuralNetwork {CNN,RNN,GAN,Transformer,GNN
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::CNN; //创建一个NeuralNetwork类型的枚举，值为CNNlet nn2 = NeuralNetwork::Transformer;let nn3 = nn1;printnn(&nn3); //给函数传参printnn(&nn2);
}fn printnn(network: &NeuralNetwork){} //实参表明了需要一个NeuralNetwork类型的引用（）

除此之外，枚举可以增加附类型

enum NeuralNetwork { // 所有的网络类型都带有一个附加类型，String表示具体的网络名CNN(String),RNN(String),GAN(String),Transformer(String),GNN(String)
}
enum Test{ // 所有的网络类型都带有一个附加类型，String表示具体的网络名e1,e2(String), e3{x: u32, y: f64}, //绑定了一个匿名结构体类型e4(u32, u32, u32) //绑定一个Tuple
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::CNN(String::from("TextCNN")); let nn2 = NeuralNetwork::Transformer(String::from("Transformer-XL"));}

枚举绑定方法和函数

与结构体类型，对于枚举，Rust也允许使用impl关键字来绑定方法和函数

enum NeuralNetwork {CNN(String),RNN(String),GAN(String),Transformer(String),GNN(String)
}impl NeuralNetwork {fn make_cnn(s: String) -> NeuralNetwork{ //绑定一个函数，用于创建CNN类型枚举NeuralNetwork::CNN(s)}
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::make_cnn(String::from("TextCNN"));let nn2 = NeuralNetwork::Transformer(String::from("Transformer-XL"));}

match匹配枚举

match的语法大致如下

match 变量{
结果1 => 表达式1,
结果2 => 表达式2,
_ => 剩余结果处理
}

enum NeuralNetwork {CNN(String),RNN(String),GAN(String)
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::CNN(String::from("TextCNN"));match nn1 {NeuralNetwork::CNN(s) => println!("CNN 变体为 {}", s), //匹配到对应类型，后面写表达式，而括号内的s就是枚举所绑定类型NeuralNetwork::RNN(s) => println!("RNN 变体为 {}", s),NeuralNetwork::GAN(s) => println!("GAN 变体为 {}", s)}
}

需要注意的是match需要把每一种结果都列出来，如果剩下的不想列可以使用通配符_来表示.

enum NeuralNetwork {CNN(String),RNN(String),GAN(String)
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::CNN(String::from("TextCNN"));match nn1 {NeuralNetwork::CNN(s) => println!("CNN 变体为 {}", s),_ => println!("非CNN") //剩余类型统一处理}
}

如果箭头后面需要处理更复杂的逻辑，则可以用函数块来写，如下

enum NeuralNetwork {CNN(String),RNN(String),GAN(String)
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::CNN(String::from("TextCNN"));match nn1 {NeuralNetwork::CNN(s) => {let len = s.len();println!("CNN 变体为 {} {}", s, len);},_ => println!("非CNN");}
}

除此之外match其实是有返回值的，正如函数块的最后一个运算式为返回值一样，match的返回值为=>后的值

enum NeuralNetwork {CNN(String),RNN(String),GAN(String)
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::CNN(String::from("TextCNN"));let res = match nn1 {NeuralNetwork::CNN(s) => {println!("CNN 变体为 {}", s);s //s是返回值，返回给res，下面同理},NeuralNetwork::RNN(s) => {println!("RNN 变体为 {}", s);s},NeuralNetwork::GAN(s) => {println!("GAN 变体为 {}", s);s}};println!("res is {}", res)
}

除了枚举之外，match也可以匹配别的值

fn main(){let x = 10;match x {1 => println!("Is one!"),2 => println!("Is tow"),_ => println!("Other number!")};
}

fn main(){let x = "adasdasd";match x {"abc" => println!("Is abc!"),"efg" => println!("Is efg"),_ => println!("Other string!")};
}

if let语句

如果指向match一种情况，则可以使用if let这个语法糖，只针对一种模式进行匹配

enum NeuralNetwork {CNN(String),RNN(String),GAN(String)
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::CNN(String::from("TextCNN"));if let nn1 = NeuralNetwork::CNN{println!("是CNN");}
}

注意，if let后面的判断是=，而不是==。如果想要处理剩余情况，可以再加一个else

enum NeuralNetwork {CNN(String),RNN(String),GAN(String)
}fn main(){let nn1 = NeuralNetwork::CNN(String::from("TextCNN"));if let nn1 = NeuralNetwork::CNN{println!("是CNN");}else{println!("不是CNN");}
}

Option

Option是一种枚举，包含两种类型，分别是Some和None。Rust设计Option就是为了避免None和其它的值做运算而造成一系列错误而设计的。
Option的定义大致如下：

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

Option可以如下使用

fn main(){let x = Option::Some("hello");let y: Option<&str>= Option::None; //这里属于泛型，需要指定Option的泛型类型let z = x + y; // None无法和y运算，从而保证了安全性
}

fn main(){let _x = Option::Some("hello");let y: Option<&str> = None;match y {Option::None => println!("空的"),Option::Some(t) => println!("非空, 是{}", t)}
}

match pattern

基本pattern

match允许更为复杂的匹配，这称之为匹配的pattern，其中常用的操作如下：

1. | 用于分割多个可能，Rust会从左到右依次检查是否符合

例如：a | b | c则会 检查a后检查b，再检查是否符合c

2. ()元组用于实现匹配坐标这类的多个参数数据
3. 可以用…=b, a…=b这种Range来进行范围的匹配

注意，a…b是左闭右开类型，而加上等号则是左闭右闭

4. _可以用来匹配剩余未匹配的所有值

fn main(){let x: i32 = 100;match x {1 | 2 | 3 => println!("x位于1到3之间"), //会依次检查x是1,2还是3.只要匹配一个就进入后面的语句4 ..=9 => println!("x位于4到9之间"),10 | 100..=1000 => println!("x为10，或者100-1000之间的数"),_ => println!("x不是所期待的数字")};
}

fn main(){let x: (i32, i32) = (-9, -10);match x {(1, 1) => println!("点(1, 1)"),(1, 2 | 3 | 4) => println!("点(1,2), (1,3)或((1,4))"),(..=-1, ..=-1) => println!("第三象限的点"),_ => println!("其他区域的点")};
}

可以使用@符号把必要时的某个值绑定到变量上，操作为 变量 @ 匹配式

fn main(){let x: (i32, i32) = (-9, -10);match x {(1, 1) => println!("点(1, 1)"),(1, 2 | 3 | 4) => println!("点(1,2), (1,3)或((1,4))"),(x @ ..=-1, y @ ..=-1) => println!("第三象限的点({}, {})", x, y), //绑定第一个空的值到x，同理绑定y。_ => println!("其他区域的点")};
}

pattern守卫

pattern后面可以加上if判断语句来进一步的判断这个匹配是否合法，示例如下

fn judge_prime(x: i32) -> bool{// TODO: 判断素数true
}
fn main(){let tmp: (i32, i32) = (-9, -10);match tmp {(x @ 0..=10, y @ _) if x == y => println!("在y=x直线上(0 <= x <= 100)"),(x @ 0..=100, y @ 0..=100) if judge_prime(x) && judge_prime(y) => println!("(x, y)为0-100内的素数坐标"),_ => println!("")};
}

当然if后面的语句可以替换成函数块{}只要其返回值是bool类型即可。

fn judge_prime(_x: i32) -> bool{// TODO: 判断素数true
}fn main(){let tmp: (i32, i32) = (-9, -10);match tmp {(x, y) if x == y => println!("在y=x直线上"), //此时x，y无绑定，也就是无绑定上的约束(x @ 0..=100, y @ 0..=100) if {let tmp: bool = judge_prime(x);tmp && judge_prime(y)}=> println!("(x, y)为0-100内的素数坐标"),_ => println!("")};
}

泛型

如其他语言（CPP，JAVA）一样，Rust也支持泛型。

泛型函数

泛型函数需要在函数名上指明泛型类型，通常用T，U这种大写字母来表示

fn qpow<T>(base: T, p: i32) -> T{//TODO实现快速幂的逻辑
}

上述函数中T表示某个抽象的类型，而这个类型需要在函数名部分标注出来。随后的base和返回值都是T类型。
当然涉及到两个或者多个翻新类型时，需要都在函数名后面声明出

fn Test<T, U>(x: T, y: U) -> (T, U){//TODO
}

泛型结构体

与函数类似，可以在结构体明上声明某个或者多个抽象类型

struct Point<T>{x: T,y: T
}
fn main(){let ip = Point{x: 10, y: 10}; //此时ip类型为Point<i32>let fp = Point{x: 10.0, y: 11.1};//此时ip类型为Point<f64>
}

注意，Rust在编译时会把所有的抽象类型T替换成具体的类型，因为Rust是静态的，所以在编译之后所有的抽象类型都已经有具体的确定类型的值了。

struct Point<T>{x: T,y: T
}
fn main(){let ip: Point<i64> = Point{x: 10, y: 10}; //强制约束为i64let fp = Point{x: 10.0, y: 11};//报错，因为有两个类型
}

泛型枚举

枚举的泛型就是把其变体所绑定的类型内添加泛型，前面的Option的Some就是这个原理。

enum Test<T, U> {SOME(T, U),OTHER(T),NO

为结构体绑定泛型方法

为结构体绑定方法使用impl关键字，如果该结构体是一个泛型结构体，则需要再impl后面加表明抽象类型。

struct Point<T>{x: T,y: T    
}impl Point<i32> { //只为i32类型实现判断素数坐标的方法, 由于是实现具体类型所以不需要再impl后面加尖括号fn judge_prime(&self) -> bool{//TODO判断素数}
}impl<T> Point<T> { //为所有类型都实现一个画图的方法，抽象方法要加尖括号表明抽象类型fn show_point(&self) -> (){//TODO画图}
}

注意，此时impl的泛型参数不影响具体方法的参数

struct Point<T, U>{x: T,y: U
}impl<T, U> Point<T, U> {fn make_new_point<W>(&self, other_point: Point<T, W>) -> Point<T, W>{Point { x: self.x.clone(),  //这里会有报错，具体原因看后面的trait部分y: other_point.y }}
}fn main(){
}

trait

trait的定义与实现

trait是Rust的一个类似于接口的类型，他可以为enum，struct来定义一套标准的接口，或者默认的某些方法。

trait 名字{
函数|抽象函数
}

看下面的例子

trait Draw {fn _draw_atom(&self) ->(); //实现单个点的绘画，是一个抽象的方法fn draw(&self) -> (){ //draw绘画调用_draw_atom，是一个已经实现的方法self._draw_atom()}
}

使用

impl trait类型 for 结构体|枚举

来为结构体或者枚举绑定方法

struct Point{x: f64,y: f64
}struct Line{A: f64,B: f64
}trait Draw {fn _draw_atom(&self) ->();fn draw(&self) -> (){ //该方法为所有实现Draw trait的结构体/枚举所共有self._draw_atom()}
}impl Draw for Point { //为Point结构体实现fn _draw_atom(&self) ->() {println!("{} {}", self.x, self.y);}
}impl Draw for Line {//为Line结构体实现fn _draw_atom(&self) -> (){println!("{}x + {}y = 0", self.A, self.B);}
}

用trait指定定特定方法

首先对于简单的约束，我们可以直接在函数参数后面加上 impl trait类型 的方式来要求某个参数必须实现特定的trait

fn Test(x: impl Draw){ //约束x必须实现Draw
}

如果类型比较多，且复杂则可以使用Bound的方式具体做法如下

在函数名后面用尖括号，写上泛型，然后后面用冒号指定trait
函数名<T: trait1 + traiit2+…, U: trait1+traitk…>

use std::fmt::Display; //使用fmt内的Display trait
fn Test<T: Draw + Display, U: Display>(x: T, y: U){} 
//要求x实现了Draw和Display两个trait，而y只要求实现Display这个trait

此时你会发现bound约束太长了，降低了函数的可读性。于是Rust允许使用where关键字把Bound约束后置, 具体做法如下

1. 在函数尖括号后声明泛型，T，U等变量。
2. 在函数的函数体前用where关键字，后面跟上每个泛型变量的约束trait

use std::fmt::Display;
fn Test<T, U>(x: T, y: U)
whereT: Draw + Display, //约束TU: Display //约束U
{//TODO：函数体
} 

我们同样可以再返回类型上约束实现具体的trait。但此时需要注意，返回的类型必须要是一种类型，不能使用分支语句使其返回多种可能的类型

use std::fmt::Display;
fn Test<T, U>(x: T, y: U) -> U //返回类型必须实现了Display
whereT: Draw + Display, //约束TU: Display //约束U
{//TODO：函数体
} 

impl中的trait约束

除此之外，在impl中的泛型T，也可以进行相对应的trait的约束

impl<T: Display> Point<T>{ 
//对所有实现了Display trait的类型T，其Point<T>都会具有test方法fn test(&self){}}

trait可以进行覆盖实现，也就是为所有实现某些trait的类型添加一些方法

trait Hello {fn print_hello(){println!("hello");}
}impl<T: std::fmt::Display> Hello for T{//为所有实现了Display这个trait的类型都添加一个print_hello函数}
fn main(){i32::print_hello(); //此时实现了Display的i32类型，也可以调用这个方法了
}