基本语法

Posted 2020-10-06 张伯雨

变量绑定

在Rust中，变量绑定 (variable bindings) 是通过let关键字声明的：

let x = 5;
let mut x = 5;
let x: i32 = 5;
let (a, b) = (3, 4);

其中变量类型如i32一般都是可以省略的，因为Rust使用了类型推断 (type inference)。 Rust还通过模式匹配 (pattern matching) 对变量进行解构，这允许我们同时对多个变量进行赋值。

有几点是需要特别注意的：

• 变量默认是不可改变的 (immutable)，如果需要改变一个变量的值需要显式加上mut关键字。
• 变量具有局部作用域，被限制在所属的代码块内，并且允许变量覆盖 (variable shadowing)。
• Rust默认开启属性#[warn(unused_variable)]，会对未使用的变量 (以_开头的除外) 发出警告。

原生类型

Rust内置的原生类型 (primitive types) 有以下几类：

• 布尔类型：有两个值true和false。
• 字符类型：表示单个Unicode字符，存储为4个字节。
• 数值类型：分为有符号整数 (i8, i16, i32, i64, isize)、 无符号整数 (u8, u16, u32, u64, usize) 以及浮点数 (f32, f64)。
• 字符串类型：最底层的是不定长类型str，更常用的是字符串切片&str和堆分配字符串String， 其中字符串切片是静态分配的，有固定的大小，并且不可变，而堆分配字符串是可变的。
• 数组：具有固定大小，并且元素都是同种类型，可表示为[T; N]。
• 切片：引用一个数组的部分数据并且不需要拷贝，可表示为&[T]。
• 元组：具有固定大小的有序列表，每个元素都有自己的类型，通过解构或者索引来获得每个元素的值。
• 指针：最底层的是裸指针*const T和*mut T，但解引用它们是不安全的，必须放到unsafe块里。
• 函数：具有函数类型的变量实质上是一个函数指针。
• 元类型：即()，其唯一的值也是()。

// boolean type
let t = true;
let f: bool = false;

// char type
let c = ‘c‘;

// numeric types
let x = 42;
let y: u32 = 123_456;
let z: f64 = 1.23e+2;
let zero = z.min(123.4);
let bin = 0b1111_0000;
let oct = 0o7320_1546;
let hex = 0xf23a_b049;

// string types
let str = "Hello, world!";
let mut string = str.to_string();

// arrays and slices
let a = [0, 1, 2, 3, 4];
let middle = &a[1..4];
let mut ten_zeros: [i64; 10] = [0; 10];

// tuples
let tuple: (i32, &str) = (50, "hello");
let (fifty, _) = tuple;
let hello = tuple.1;

// raw pointers
let x = 5;
let raw = &x as *const i32;
let points_at = unsafe { *raw };

// functions
fn foo(x: i32) -> i32 { x }
let bar: fn(i32) -> i32 = foo;

有几点是需要特别注意的：

• 数值类型可以使用_分隔符来增加可读性。
• Rust还支持单字节字符b‘H‘以及单字节字符串b"Hello"，仅限制于ASCII字符。 此外，还可以使用r#"..."#标记来表示原始字符串，不需要对特殊字符进行转义。
• 使用&符号将String类型转换成&str类型很廉价， 但是使用to_string()方法将&str转换到String类型涉及到分配内存， 除非很有必要否则不要这么做。
• 数组的长度是不可变的，动态的数组称为向量 (vector)，可以使用宏vec!创建。
• 元组可以使用==和!=运算符来判断是否相同。
• 不多于32个元素的数组和不多于12个元素的元组在值传递时是自动复制的。
• Rust不提供原生类型之间的隐式转换，只能使用as关键字显式转换。
• 可以使用type关键字定义某个类型的别名，并且应该采用驼峰命名法。

结构体

结构体 (struct) 是一种记录类型，所包含的每个域 (field) 都有一个名称。 每个结构体也都有一个名称，通常以大写字母开头，使用驼峰命名法。 元组结构体 (tuple struct) 是由元组和结构体混合构成，元组结构体有名称， 但是它的域没有。当元组结构体只有一个域时，称为新类型 (newtype)。 没有任何域的结构体，称为类单元结构体 (unit-like struct)。 结构体中的值默认是不可变的，需要使用mut使其可变。

// structs
struct Point {
  x: i32,
  y: i32,
}
let mut point = Point { x: 0, y: 0 };

// tuple structs
struct Color(u8, u8, u8);
let android_green = Color(0xa4, 0xc6, 0x39);
let (red, green, blue) = android_green;

// A tuple struct’s constructors can be used as functions.
struct Digit(i32);
let v = vec![0, 1, 2];
let d: Vec<Digit> = v.into_iter().map(Digit).collect();

// newtype: a tuple struct with only one element
struct Inches(i32);
let length = Inches(10);
let Inches(integer_length) = length;

// unit-like structs
struct Null;
let empty = Null;

一个包含..的struct可以用来从其它结构体拷贝一些值或者在解构时忽略一些域：

#[derive(Default)]
struct Point3d {
    x: i32,
    y: i32,
    z: i32,
}

let origin = Point3d::default();
let point = Point3d { y: 1, ..origin };
let Point3d { x: x0, y: y0, .. } = point;

需要注意，Rust在语言级别不支持域可变性 (field mutability)，所以不能这么写：

struct Point {
    mut x: i32,
    y: i32,
}

这是因为可变性是绑定的一个属性，而不是结构体自身的。可以使用Cell<T>来模拟：

use std::cell::Cell;

struct Point {
    x: i32,
    y: Cell<i32>,
}

let mut point = Point { x: 5, y: Cell::new(6) };

point.y.set(7);

此外，结构体的域默认是私有的，可以使用pub关键字将其设置成公开。

枚举

Rust有一个集合类型，称为枚举 (enum)，对于一个指定的名称有一组可替代的值， 其中子数据结构可以存储也可以不存储数据，需要使用::语法来获得每个元素的名称。

// enums
enum Message {
    Quit,
    ChangeColor(i32, i32, i32),
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
}

let x: Message = Message::Move { x: 3, y: 4 };

与结构体一样，枚举中的元素默认不能使用关系运算符进行比较 (如==, !=, >=)， 也不支持像+和*这样的双目运算符，需要自己实现，或者使用match进行匹配。

枚举默认也是私有的，如果使用pub使其变为公有，则它的元素也都是默认公有的。 这一点是与结构体不同的：即使结构体是公有的，它的域仍然是默认私有的。 此外，枚举和结构体也可以是递归的 (recursive)。

函数

要声明一个函数，需要使用关键字fn，后面跟上函数名，比如

fn add_one(x: i32) -> i32 {
    x + 1
}

其中函数参数的类型不能省略，可以有多个参数，但是最多只能返回一个值， 提前返回使用return关键字。Rust编译器会对未使用的函数提出警告， 可以使用属性#[allow(dead_code)]禁用无效代码检查。

Rust有一个特殊语法适用于分叉函数 (diverging function)，它不返回值：

fn diverges() -> ! {
    panic!("This function never returns!");
}

其中panic!是一个宏，使当前执行线程崩溃并打印给定信息。返回类型!可用作任何类型：

注释

Rust有三种注释：

• 行注释 (line comments)：以//开头，仅能注释一行。
• 块注释 (block comments)：以/*开头，以*/结尾，能注释多行，但是不建议使用。
• 文档注释 (doc comments)：以///或者//!开头，支持Markdown标记语言， 其中///等价于写属性#[doc = "..."]，//!等价于#![doc = "/// ..."]， 配合rustdoc可自动生成说明文档。

let x: i32 = diverges();
let y: String = diverges();

// explicit conversion
let decimal = 65.4321_f32;
let integer = decimal as u8;
let character = integer as char;

// type aliases
type NanoSecond = u64;
type Point = (u8, u8);

• Rust允许先声明变量然后再初始化，但是使用未被初始化的变量会产生一个编译时错误。