【Rust】常见集合

目录

思维导图

一、Rust常用集合

1. Rust标准库中的集合概述

2. 常用集合类型

2.1 向量（Vector）

2.2 字符串（String）

2.3 哈希映射（Hash Map）

二、向量（Vec）

1. 向量的概述

2. 创建向量

3. 添加元素

4. 访问元素

5. 修改元素

6. 遍历向量

7. 使用枚举存储多种类型

8.向量的生命周期 

三、字符串（String）

1.字符串的概述

2.字符串的创建

3.字符串的更新

4.字符串的连接

5.字符串的访问

四、哈希映射（HashMap）

1. 哈希映射的概述

2. 创建哈希映射

3. 插入哈希映射值

4. 访问哈希映射中的值

5. 遍历哈希映射

6. 哈希映射的所有权

7. 更新哈希映射

8. 哈希函数

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思维导图

一、Rust常用集合

1. Rust标准库中的集合概述

        Rust的标准库包含了一些非常有用的数据结构，统称为集合（Collections）。与其他数据类型不同，集合可以存储多个值。集合的数据存储在堆上，因此其大小可以在程序运行时动态变化，而不必在编译时确定。

2. 常用集合类型

在Rust中，常用的集合类型主要包括以下三种：

2.1 向量（Vector）

• 定义：向量是一种可以存储可变数量的值的集合。
• 特点：向量的元素在内存中是连续存储的，可以根据需要动态扩展或缩减。
• 使用场景：适合需要频繁插入、删除元素的场合，能够高效地处理动态数据。

2.2 字符串（String）

• 定义：字符串是字符的集合。
• 特点：Rust中的String类型支持动态大小，可以根据需要进行扩展。
• 使用场景：适用于需要处理文本数据的场合，如用户输入、文件读取等。

2.3 哈希映射（Hash Map）

• 定义：哈希映射是一种将特定键与值关联的数据结构，属于更通用的数据结构“映射”的一种实现。
• 特点：允许通过键快速访问对应的值，适合存储键值对数据。
• 使用场景：常用于需要快速查找、插入和删除的场合，如缓存实现、统计数据等。

二、向量（Vec）

1. 向量的概述

        向量（Vec<T>）是一种动态数组，可以存储多个相同类型的值。它在内存中是连续存储的，支持高效的随机访问和动态扩展。

2. 创建向量

        1）空向量的创建：使用Vec::new()函数创建一个空向量。例如：

fn main() {let v: Vec<i32> = Vec::new();[3]//这里需要类型注释，因为未插入任何值，Rust无法推断元素类型。
}

        2） 带初始值的向量：使用vec!宏创建带初始值的向量。例如：

fn main() {let v = vec![1, 2, 3];//Rust可以根据提供的初始值推断类型为Vec<i32>，因此类型注释不再必要。
}

3. 添加元素

        添加元素：使用push方法向向量中添加元素，必须将向量声明为可变（mutable）：

fn main() {let mut v = Vec::new();v.push(5);v.push(6);
}

4. 访问元素

        访问元素：可以通过索引或get方法访问向量中的元素。值得注意的是，使用get方法时，如果索引超出范围，返回None，而使用索引直接访问则会导致程序崩溃。例如：

let third: &i32 = &v[2];
let third: Option<&i32> = v.get(2);

5. 修改元素

        1）通过索引直接修改：通过索引可以直接访问并修改向量中的元素。需要注意的是，向量必须是可变的（mut），并且索引必须在有效范围内。例如：

fn main() {let mut v = vec![1, 2, 3, 4];// 修改索引为 2 的元素v[2] = 100;println!("{:?}", v); // 输出: [1, 2, 100, 4]
}

        2）通过get_mut方法修改：get_mut 方法返回一个 Option<&mut T>，允许安全地修改元素。如果索引有效，则返回可变引用；如果索引无效，则返回 None。例如：

fn main() {let mut v = vec![1, 2, 3, 4];// 获取索引为 2 的可变引用if let Some(elem) = v.get_mut(2) {*elem = 100; // 修改元素}println!("{:?}", v); // 输出: [1, 2, 100, 4]
}

6. 遍历向量

        1）不可变遍历：使用for循环遍历向量中的每个元素：

for i in &v {println!("{i}");
}

        2）可变遍历：可以通过可变引用遍历并修改每个元素：

for i in &mut v {*i += 50;
}

7. 使用枚举存储多种类型

        由于向量只能存储相同类型的值，可以使用枚举来存储不同类型的值。例如：

enum SpreadsheetCell {Int(i32),Float(f64),Text(String),
}
let row = vec![SpreadsheetCell::Int(3),SpreadsheetCell::Text(String::from("blue")),SpreadsheetCell::Float(10.12),
];

8.向量的生命周期 

        向量在超出作用域时会自动释放其内存，所有元素也会随之释放。例如：

{let v = vec![1, 2, 3, 4];
} // v 超出作用域并被释放

三、字符串（String）

1.字符串的概述

        字符串（String）是 UTF-8 编码的字符集合，支持动态扩展。Rust 的字符串类型包括 String 和字符串切片 &str。

2.字符串的创建

        通过String::new()创建一个新的空字符串，或使用to_string()和String::from()方法从字符串字面量创建字符串。示例代码如下：

fn main() {let mut s = String::new();let data = "initial contents";let s1 = data.to_string();let s2 = String::from("initial contents");
}

3.字符串的更新

  String可以通过push_str方法追加字符串切片，或使用push方法添加单个字符。示例代码如下：

fn main() {let mut s = String::from("foo");s.push_str("bar");s.push('!');    //foobar!
}

4.字符串的连接

        可以使用 +操作符或format!宏来连接字符串。使用 +操作符时，左侧字符串会被移动，示例代码如下：

fn main() {let s1 = String::from("Hello, ");[7][8]let s2 = String::from("world!");let s3 = s1 + &s2; // s1被移动，s2仍然有效
}

5.字符串的访问

        Rust不支持直接通过索引访问字符串中的字符，需使用chars()方法或bytes()方法进行迭代。例如：

fn main() {let hello = "Здравствуйте";[7]for c in hello.chars() {println!("{c}");}
}

四、哈希映射（HashMap）

1. 哈希映射的概述

        哈希映射（HashMap<K, V>）是一种键值对集合，通过哈希函数将键映射到值。它允许通过键快速查找、插入和删除值。

2. 创建哈希映射

        可以使用HashMap::new()方法创建一个空的哈希映射。示例代码：

fn main() {use std::collections::HashMap;let mut scores = HashMap::new();
}

3. 插入哈希映射值

       可以使用insert方法添加元素。示例代码：

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

4. 访问哈希映射中的值

        可以使用get方法通过键访问对应的值，返回类型为Option<&V>，如果键不存在，则返回None。示例代码：

let score = scores.get(&team_name).copied().unwrap_or(0);

ps: 此程序通过调用 copied 来获取一个 Option<i32> 而不是 Option<&i32> 来处理 Option ，然后如果 scores 没有该键的条目，则调用 unwrap_or 将 score 设置为零。

5. 遍历哈希映射

        可以使用for循环遍历哈希映射中的每个键值对。示例代码：

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

6. 哈希映射的所有权

        对于实现了Copy特性的类型（如i32），值会被复制到哈希映射中；对于拥有所有权的类型（如String），值会被移动到哈希映射中。示例代码：

fn main() {use std::collections::HashMap;let field_name = String::from("Favorite color");let field_value = String::from("Blue");let mut map = HashMap::new();map.insert(field_name, field_value);//此处将使field_name和field_value在插入后失效
}

7. 更新哈希映射

        1）覆盖值：插入同一键的新值会替换旧值。示例代码：

scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Blue"), 25);
//{"Blue": 25}

        2）仅在键不存在时插入：使用entry方法检查键是否存在，若不存在则插入新值。示例代码：

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

ps-1: entry 方法的返回值是一个名为 Entry的枚举，它表示一个可能存在也可能不存在的值。

ps-2: Entry 上的 or_insert 方法被定义为：如果对应的 Entry 键存在，则返回该值的可变引用；如果不存在，则将参数插入作为该键的新值，并返回新值的可变引用。

8. 哈希函数

        默认情况下，HashMap使用名为SipHash的哈希函数，具有防止拒绝服务（DoS）攻击的能力。虽然其性能可能不如其他哈希算法，但在安全性和性能之间的权衡是值得的。

tips：

• 向量：常用操作包括创建（Vec::new()、vec![]）、添加（push）、访问（索引、get）、修改（索引、get_mut）和遍历（for循环）。

• 字符串：常用操作包括创建（String::new()、to_string()）、更新（push_str、push）、连接（+、format!）和遍历（chars()、bytes()）。

• 哈希映射：常用操作包括创建（HashMap::new()）、插入（insert）、访问（get）、遍历（for循环）和更新（entry、or_insert）。