005、数据类型

1. 关于数据类型

        Rust中，每个值都有其特定的数据类型，Rust会根据数据的类型来决定如何处理它们。

        Rust是一门静态类型语言，它在编译程序的过程中就需要知道所有变量的具体类型。在大部分情况下，编译器可以根据我们如何绑定、使用变量的值来自动推导出变量的类型。

        但在某些情况下编译器是推导不了的，举个🌰：

let guess:u32 = "42".parse().expect("这不是一个数字！");

         当我们需要使用 parse 将一个 String 类型转换为数值类型时，为了避免混淆，就必须像上面的例子中一样显式地指定类型，否则就会报错。

        在具体讲某个数据类型之前，我们先看一下下面的思维导图，先对本篇内容有个大概的框架。

2. 标量类型

         标量类型是单个值类型的统称，Rust中内建了4种基础的标量类型，分别是：整数、浮点、布尔值和字符。

2.1 整数类型

        整数指的是那些没有小数部分的数字。

        下表展示了Rust中内建的整数类型，每个长度不同的值都有无符号和有符号两种变体，可以被用来描述不同类型的整数。

Rust中的整数类型

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

        每个整数类型的变体都会标明自身是否存在符号，并且拥有一个明确的大小。

        有无符号代表一个整数类型是否拥有描述负数的能力。换言之，无符号的整数数值永远为正，不需要符号，而有符号是正数、负数都包含。比如，i32 类型的整数范围是从 -2,147,483,648 到 2,147,483,647。

        u 代表无符号，i 代表有符号，我们可以这样形象记忆。这个字母 u 是不是像一个容器，但是里面是空的，没有盖子，所以是无符号。字母 i 上面有一个点，就是有东西在上面，就是有符号。

        对于一个位数为 n 的有符号整数类型，它可以存储从 -(2n-1) 到 2n-1-1 范围内的所有整数。比如对于 i8 来讲，它可以存储从 -(27) 到 27-1 ，也就是从 -128 到 127 之间的所有整数。

        而对于无符号整数类型而言，则可以存储从 0 到 2n-1 范围内的所有整数。以 u8 为例，它可以存储从 0 到 28-1 ，也就是从 0 到 255 之间的所有整数。

        除了指明位数的类型，还有 isize 和 usize 两种特殊的整数类型，它们的长度取决于程序运行的目标平台。在 64位 架构上，它们就是 64位 的，而在 32位 架构上，它们就是 32位 的。

        你可以使用下表中列出的所有方式在代码中书写整数字面量。注意，除了 Byte，其余所有的字面量都可以使用类型后缀，比如 57u8，代表一个使用了 u8 类型的整数 57。同时你也可以使用_ 作为分隔符以方便读数，比如 1_000。

Rust中的整数字面量

整数字面量	示例
Decimal	98_222
Hex	0xff
Octal	0o77
Binary	0b1111_0000
Byte（u8 only）	b'A'

        可能有些小伙伴不知道什么叫整数字面量，这里我解释一下。

        在Rust中，整数字面量是指直接在代码中写出的整数值。它们可以是十进制、十六进制、二进制或八进制。

        下面是一些示例：

• 十进制整数字面量：123
• 十六进制整数字面量（以0x或0X开头）：0x1a 或 0X1A
• 二进制整数字面量（以0b或0B开头）：0b1010 或 0B1010
• 八进制整数字面量（以0o或0O开头）：0o26 或 0O26

        代码示例：

let x = 123; // 十进制  
let y = 0x1a; // 十六进制  
let z = 0b1010; // 二进制  
let w = 0o26; // 八进制

        可以看到，整数类型很多，那么如何确定自己需要的是哪一种呢？

        Rust对于整数字面量的默认推导类型 i32 通常就是一个很好的选择：它在大部分情形下都是运算速度最快的那一个，即便是在64位系统上也是如此。较为特殊的两个整数类型 usize 和 isize 则主要用作某些集合的索引。

2.2 整数溢出

        现在假设有一个 u8 类型的变量，它可以存储 0 到 255 的数字，但我们修改为 256 ，此时就会导致整数溢出。

        Rust中对此情形有以下几种规则：

        调试（debug）模式下，在程序运行时触发 panic（恐慌）。注：这里的 panic 是 Rust中的一个术语，表示程序因错误导致退出的情形，具体我们会在后面详细讨论。

         发布（release）模式下，不会触发 panic，在溢出发生时执行二进制补码环绕。以 u8 为例，256 就会被“环绕”为 0，257 “环绕”为 1，以此类推。

        若你本来就想让它产生环绕，那么你可以使用标准库中的类型 Wrapping（包装）。

2.3 浮点数类型

        浮点数就是带小数的数字，它有两种子类型分别是：f32 和 f64。

        在现代CPU中，两者运行效率相差无几，但 f64 拥有更高精度，因此Rust会默认将浮点数字面量的类型推导为 f64。

        下面代码示例中声明了2个浮点数类型的变量（截图中灰色的 f64 是编译器自动推导并标注上去的）：

let x = 1.0;
let y:f32 = 3.0;

         Rust的浮点数使用了 IEEE-754 标准来进行表述，f32 和 f64 类型分别对应着标准中的单精度浮点数和双精度浮点数。

        对于所有的数值类型，Rust都支持常见的数学运算：加法、减法、乘法、除法及取余。

        代码示例：

//加法
let sum = 1 + 2;//减法
let difference = 3.5 - 2.4;//乘法
let product = 4 * 25;//除法
let quotient = 6.8 / 3.4;//取余
let remainder = 47 % 7;

2.4 布尔类型

        布尔类型只有2个值，分别是：true 和 false，每个占单个字节大小。

        你可以使用 bool 关键字来表示一个布尔类型，例如：

let x = true;
let y:bool = false;

        上面截图中，变量 x 是编译器自动推导的，变量 y 是显式声明。

         布尔类型最主要的用途是在if表达式内作为条件使用，这个后面再详细讨论。

2.5. 字符类型

        char 类型被用于描述语言中最基础的单个字符。需要注意的是，char 类型使用单引号指定，而不同于字符串使用双引号指定。

        char 类型占4字节，是一个 Unicode 标量值，这也意味着它可以表示比 ASCII 多得多的字符内容。拼音字母、中文、日文、韩文、零长度空白字符，甚至是 emoji 表情都可以作为一个有效的 char 类型值。 

        实际上，Unicode 标量可以描述从 U+0000 到 U+D7FF 以及 从 U+E000 到 U+10FFFF 范围内的所有值。由于 Unicode 中没有“字符”的概念，所以你现在从直觉上认为的“字符”也许与Rust中的概念并不相符。这个后面再详细讨论。

3. 复合类型

        复合类型（Compound Type）可以将多个不同类型的值组合为一个类型，它有两个子类型，分别是：元组（Tuple）和 数组（Array）。

3.1 元组类型

        元组类型可以将其他不同类型的多个值组合进一个复合类型中。元组还拥有一个固定的长度，即：你无法在声明结束后增加或减少其中的元素数量。 

        要创建元组，则需要把一系列的值使用逗号分隔后放置到一对圆括号中。元组每个位置的值都有一个类型，这些类型不需要是相同的。

        代码示例：

let tup = (1, 2.2, 'A');

        编译器自动推导的代码截图：

        由于一个元组也被视作一个单独的复合元素，所以这里的变量tup被绑定到了整个元组上。为了从元组中获得单个的值，我们可以像下面这样使用模式匹配来解构元组：

        除了解构，我们还可以通过索引并使用点号（.）来访问元组中的值：

3.2 数组类型

        我们同样可以在数组中存储多个值的集合。与元组不同，数组中的每一个元素都必须是相同的类型。

        Rust中的数组拥有固定的长度，一旦声明就再也不能随意更改大小，这与其他某些语言有所不同。在Rust中，你可以将以逗号分隔的值放置在一对方括号内来创建一个数组：

let arr = [1, 2, 3, 4, 5];

        通常而言，当你想在栈上而不是堆上为数据分配空间时，或者想要确保总有固定数量的元素时，数组是一个非常有用的工具（栈和堆的区别后面会详细讨论）。

        当然，Rust标准库也提供了一个更加灵活的动态数组（vector）类型。动态数组是一个类似于数组的集合结构，但它允许用户自由地调整数组长度。

        假如你还不确定什么时候应该使用数组，什么时候应该使用动态数组，那就先使用动态数组好了。后面会深入讨论有关动态数组的更多细节。 

        在下面这种情形中，你也许会选择使用数组而非动态数组。假设在某个程序中需要知道一周中每个周几，我们就可以使用数组来存储这个名字列表。因为我们知道它有且仅有7个元素，且不太可能添加或删除。

let week = ["周一", "周二", "周三", "周四", "周五", "周六", "周日"];

        假如你想要初始化一个含有相同元素的数组，那么你可以在方括号中指定元素的值，并接着填入一个分号及数组的长度，如下所示： 

let arr = [3;5];
let brr = [3, 3, 3, 3, 3];

        数组 arr 表示其中有5个元素，每个元素都是3，所以 arr 和 brr 是等价的，但 arr 的写法更加精简。 

3.3 访问数组中的元素

        数组由一整块分配在栈上的内存组成，你可以通过索引来访问一个数组中的所有元素，就像下面演示的一样：

3.4 非法的数组元素访问

         以上面声明的数组为例，arr 数组有5个值，但是我们却访问第6个值，虽然编译通过了，但会因为错误而崩溃退出。

        实际上，每次通过索引来访问一个元素时，Rust都会检查这个索引是否小于当前数组的长度。假如索引超出了当前数组的长度，Rust就会发生 panic。 

        这应该是我们遇到的第一个涉及Rust安全原则的示例。有许多底层语言没有提供类似的检查，一旦尝试使用非法索引，你就会访问到某块无效的内存。

        在这种情况下，逻辑上的错误常常会蔓延至程序的其他部分，进而产生无法预料的结果。通过立即中断程序而不是自作主张地去继续运行，Rust帮助我们避开了此类错误。在后面的文章中，我们将接触到更多的错误处理机制。

4. 结语

        由于能力有限、本人也还在学习摸索阶段，文中难免有错漏之处，若有读者大大发现，欢迎在评论区留言。

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