Rust编程语言入门_第三章_通用编程概念

第三章 通用编程概念

• 变量与可变性
• 数据类型
  • 标量类型
  • 符合类型
• 函数
• 注释
• 控制流

3.1 变量与可变性

3.1.1 变量

• 申明变量使用 let 关键字
• 默认情况下，变量是不可变的（immutable）

fn main() {
    println!("Hello, world!");

    let x: i32=5;
    println!("the value of x is {}",x);
}

• 申明变量时，在变量前面加上 mut，就可以使变量可变

fn main() {
    println!("Hello, world!");

    let mut x: i32=5;
    x=8;
    println!("the value of x is {}",x);
}

3.1.2 常量

• 常量（constant），常量在绑定值以后是不可变的，但是让他与不可变的变量有很多区别：
  • 不可以使用 mut ，常量永远都是不可变的
  • 申明常量使用 const 关键字，它的类型必须被标注
  • 常量可以在任何作用域内申明，包括全局作用域
  • 常量只能绑定到常量表达式，无法绑定到函数的调用结果或只能在运行时才能计算的值
• 在程序运行期间，常量在其申明的作用域内一直有效
• 命名规范：Rust 里常量使用全大写字母，每个单词之间用下划线分开，例如：
  • MAX_POINTS
  • const MAX_POINTS:u32 = 100_000;

const MAX_POINTS:u32 = 100_000;

fn main() {
    println!("Hello, world!");
    println!("the number is {}",MAX_POINTS)
}

3.1.3 Shadowing（隐藏）

• 可以使用相同的名字申明新的变量，新的变量就会 Shadow（隐藏）之前申明的同名变量
  • 在后续的代码中这个变量名代表的就是新的变量

const MAX_POINTS:u32 = 100_000;

fn main() {
    println!("Hello, world!");

    println!("the number is {}",MAX_POINTS)
}

• Shadow 和把变量标记为 mut 是不一样的：
  • 如果不使用 let 关键字，那么重新给非 mut 的变量赋值会导致编译错误
  • 而使用 let 申明的同名新变量，也是不可变的
  • 使用 let 申明的同名新变量，他的类型可以与之前不同

fn main() {
    let spaces = "    ";
    let spaces=spaces.len();
    
    println!("the number is {}", spaces)  // 4
}

3.2 数据类型

• 标量和复合类型
• Rust 是静态编译语言，在编译时必须知道所有变量的类型
  • 基于使用的值，编译器通常能够推断出它的具体类型
  • 但如果可能的类型较多（如将 String 转为整数的 parse 方法），就必须添加类型的标注，否则编译会报错

fn main() {
    let guess:i32 = "42".parse().expect("not a number");

    println!("number is {}",guess);
}

3.2.1 标量类型

• 一个标量类型代表一个单个的值
• Rust 有四个主要的标量类型：
  • 整数类型
  • 浮点类型
  • 布尔类型
  • 字符类型

3.2.2 整数类型

3.2.2.1 基础介绍

• 整数类型没有小数部分

• 例如 u32 就是一个无符号的整数类型，占据32位空间

• 无符号整数类型以 u 开头

• 有符号整数类型以 i 开头

• Rust 的整数类型列表如图：

  • 每种都分为 i 和 u ，以及固定位数
  • 有符号的范围： -2^(n-1)~2(n-1)-1
  • 无符号的范围：0~2^n-1

  

3.2.2.2 isize 和 usize

• isize 和 usize 类型的位数由程序运行的计算机的架构所决定的：
• 如果是 64 位计算机，那就是 64 位的
• 使用 isize 和 usize 的主要场景是对某种集合进行索引操作

3.2.2.3 整数字面值

• 除了 byte 类型外，所有的数值字面值都允许使用类型后缀
  • 例如 57u8
• 如果不太清楚应该使用那种类型，可以使用 Rust 相应的默认类型
• 整数的默认类型就是 i32
  • 总体上来说速冻更快，即使在 64 位系统中

3.2.2.4 整数溢出

• 例如：u8 的范围是 0-255，如果你把一个 u8 变量的值设为 256 ，那么：
  • 调试模式下编译：Rust 会检查整数溢出，如果发生溢出，程序在运行时就会 panic
  • 发布模式下(–release)编译：Rust 不会检查可能导致 panic 的整数溢出
    • 如果溢出发生：Rust 会执行“环绕”操作：
      • 256 变成 0，257 变成 1 …

3.2.3 浮点类型

3.2.3.1 基础介绍

• Rust 有两种基础的浮点类型，也就是含有小数部分的类型
  • f32，32位，单精度
  • f64，64为，双精度
• Rust 的浮点类型使用了 IEEE-754 标准来表达
• f64 是默认类型，因为在现代 CPU 上 f64 和 f32 的速度差不多，而且精度更高

3.2.3.2 数值操作

• 加减乘除余等

fn main() {
    let sum = 5 + 10;

    let difference = 95.5 - 4.3;

    let product = 4 * 30;

    let quotient = 56.7 / 32.2;

    let reminder = 54 % 5;
}

3.2.4 布尔类型

• Rust 的布尔类型也有两个值：true 和 false
• 一个字节大小
• 符号是 bool

fn main() {
    let t = true;
    let m: bool = false;
}

3.2.5 字符类型

• Rust 语言中 char 类型被用来描述语言中最基础的单个字符。
• 字符类型的字面值使用单引号
• 占用 4 个字节大小
• 是 Unicode 标量值，可以表示比 ASCII 多得多的字符内容：拼音、中日韩文、零长度空白字符、emoji表情等。
  • U+0000 到 U+D7FF
  • U+E000 到 U+10FFFF
• 但 Unicode 中并没有 “字符” 的概念，所以直觉上认为的字符也许与 Rust 中的概念并不相符

fn main() {
    let x: &str = "z";
    let y: char='z';
    let z: char='😂';
}

3.3 复合类型

• 复合类型可以将多个值放在一个类型里。
• Rust 提供了两种基础的复合类型：元组（Tuple）、数组

3.3.1 元组（Tuple）

• Tuple 可以将多个类型的多个值放到一个类型里
• Tuple 的长度是固定的：一旦申明就无法改变

3.3.1.1 创建 Tuple

• 在小括号里，将值用逗号分开
• Tuple 中的每一个位置都对应一个类型，Tuple 中个元素的类型不必相同

fn main() {
    let tup: (i32, f64, u8) =(500,6.4,1);
    println!("{},{},{}",tup.0,tup.1,tup.2);
}

3.3.1.2 获取 Tuple 的元素值

• 可以使用模式匹配来解构（destructure）一个 Tuple 来获取元素的值

fn main() {
    let tup: (i32, f64, u8) =(500,6.4,1);

    let (x,y,z) =tup;
    println!("{},{},{}",x,y,z);
}

3.3.1.3 访问 Tuple 的元素

• 在 Tuple 变量使用点标记法，后接元素的索引号

fn main() {
    let tup: (i32, f64, u8) =(500,6.4,1);
    println!("{},{},{}",tup.0,tup.1,tup.2);
}

3.3.2 数组

• 数组也可以将多个值放在同一个类型里
• 数组中每个元素的类型必须相同
• 数组的长度也是固定的

3.3.2.1 申明数组

• 在中括号里，各值用逗号分开

fn main() {
    let a = [1,2,3,4,5];
}

3.3.2.2 数组的用处

• 如果想让数据存放在 stack（栈）上而不是 heap（堆）上，或者想保证有固定数量的元素，这时使用数组更有好处
• 数组没有 Vector 灵活
  • Vector 和数组类似，它由标准库提供
  • Vector 的长度可以改变
  • 如果你不确定应该使用数组还是 Vector ，那么估计你应该使用 Vector

3.3.2.3 数组的类型

• 数组的类型表示形式：[类型；长度]
  • 例如：let a:[i32;5] = [1,2,3,4,5];

3.3.2.4 另一种申明数组的方式

• 如果数组的每个元素都相同，那么可以：
  • 在中括号中指定初始值
  • 然后是一个 “;”
  • 最后是数组的长度
  • 例如：let a=[3;5]; 相当于 let a = [3,3,3,3,3];

3.3.2.5 访问数组的元素

• 数组是在 stack 上分配的单个块的内存
• 可以使用索引来访问数组的元素
• 如果访问的索引超出了数组的范围，那么
  • 编译会通过
  • 运行会报错（runtime 时会 panic ）
    • Rust 不会允许其继续访问相应地址的内存

fn main() {
    let a = [1,2,3,4,5];

    let first = a[0];
    let second = a[1];
}

3.4 函数

• 申明函数使用 fn 关键字
• 按照惯例，针对函数与变量名，Rust 使用 snake case 命名规范：
  • 所有的字母都是小写，单词之间使用下划线分开

fn main() {
    println!("hello world!");
    another_function();
}

fn another_function(){
    println!("Another function");
}

3.4.1 函数的参数

• parameters、arguments
• 在函数签名里，必须包含每个参数的类型

fn main() {
    println!("hello world!");
    another_function(5);    // argument
}

fn another_function(x:i32){    // parameter
    println!(" the number is {}",x);
}

3.4.2 函数体中的语句与表达式

• 函数体由一系列语句组成，可选的由一个表达式结束
• Rust 是一个基于表达式的语言
• 语句是执行一些动作的指令
• 表达式会计算产生一个值
• 函数定义也是语句
• 语句不返回值，所以不可以使用 let 将一个语句赋给一个变量

3.4.3 函数的返回值

• 在 -> 符号后边申明函数返回值的类型，但是不可以为返回值命名
• 在 Rust 中，返回值就是函数体里面最后一个表达式的值
• 若想提前返回。需使用 return 关键字，并指定一个值

fn main() {
    let x=five(1);
    println!("the number is {}",x); // 6
}

fn five(x:i32)->i32{
    x+5
}

3.5 控制流 ：if else

3.5.1 if 表达式

• if 表达式允许您根据条件来执行不同的代码分支
  • 这个条件必须是bool类型
• if 表达式中，与条件相关联的代码块就叫做分支（arm）
• 可选的，在后边可以加上一个 else 表达式

fn main() {
    let num=3;
    if num<5{
        println!("true");
    }else {
        println!("false");
    }
}

3.5.2 使用 else if 处理多重条件

• 如果使用了多于一个 else if ，那么最好使用 match 来重构代码

3.5.3 在 let 语句中使用 if

• 因为 if 是一个表达式，所以可以将它放在 let 语句中等号的右边

fn main() {
    let condition = true;

    let num = if condition { 5 } else { 6 };
    
    println!("the number is {}",num);    // 5
}

3.6 控制流： Rust 的循环

• Rust 提供了 3 中循环：loop，while 和 for

3.6.1 loop 循环

• loop 关键字告诉 Rust 反复的执行一块代码，直到喊停
• 可以在 loop 循环中使用 break 关键字来告诉程序何时停止循环

fn main() {
    let mut counter = 0;

    let result = loop {
        counter += 1;

        if counter == 10 {
            break counter * 2;
        }
    };

    println!("the result is {}", result);    // 20
}

3.6.2 while 条件循环

• 另外一种常见的循环模式是每次执行循环体之前都判断一次条件
• while条件循环为这种模式而生

fn main() {
    let mut counter = 3;

    while counter != 0 {
        println!("number is {}", counter);
        counter = counter - 1;
    }
    println!("LIFTOFF!!!");
}

3.6.3 使用 for 循环遍历集合

• 可是使用 while 或 loop 来遍历集合，但是易错且低效

fn main() {
    let a = [10, 20, 30, 40, 50];
    let mut index = 0;

    while index < 5 {
        println!("{}", a[index]);

        index += 1;
    }
}

• 使用 for 循环更简洁紧凑，它可以针对集合中的每个元素来执行一些代码

fn main() {
    let a = [10, 20, 30, 40, 50];
    for element in a.iter(){
        println!("{}",element);
    }
}

• 由于 for 循环的安全、简洁性，所以它在 Rust 里用的最多

3.6.4 Range

• 标准库提供
• 指定一个开始数字和一个结束数字，Range 可以生成它们之间的数字（不含结束）
• rev 方法可以反转 Range

fn main() {
    for number in (1..4).rev(){
        println!("{}",number);
    }
    println!("LIFTOFF!!!")
}

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本文参考书籍：Rust 权威指南
本文参考视频：bilibili-Rust 编程语言入门：https://www.bilibili.com/video/BV1hp4y1k7SV

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本文首发于本人博客：https://blog.gitnote.cn/post/rust_learn_003

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