Rust-vec!与Vec::with_capacity初始化数组的区别

前言

这篇文章的实际上是对我在知乎上，下面这个问题的答案补充。
Rust能不能动态生成固定大小的数组（array）？

对于问题中的代码

fn main(){
    let n = 3;
    let mut arr:[i32; n] = [0;n] ; 
    println!(":?", arr);
}

进行如下修改后，可以正常编译。

const LEN:usize = 3;
fn main() {
    let mut arr:[i32; LEN] = [0;LEN] ;
    println!("{:?}", arr);
}

所以，在Rust中，数组初始化时，使用的长度值应该是常量，且类型本身支持Copy trait。

因此，下面的内容将围绕两个方面来讨论

• 数组的初始化长度
• 数组元素的初始化

长度的初始化

在Rust中，数组的长度是固定的，因此，通过长度来初始化数组就这下面一种方式。

const LEN: uszie = 3;
let arr: [i32;LEN] = [0; LEN];

其实问题中的“动态”和“固定”这两个词本身就是矛盾的，但是我们可以通过Vec提供的功能来找到这个矛盾的平衡点。
代码如下：

fn main() {
    let n = 5;
    let items: &[i32] = &vec![0; n];
    let items1: &[i32] = &Vec::with_capacity(n);
    println!("items:{:?}", items);
    println!("items1:{:?}", items1);
}

打印结果如下：

items:[0, 0, 0, 0, 0]
items1:[]

可以发现items和items1的结果是不同的。

因此从内存分配的角度来看，使用vec!和Vec::with_capacity的区别如下：

• vec!宏会根据提供的初始元素和长度，在堆上分配相应的内存空间，通过复制初始元素的方式来填充，存储这些元素。
• Vec::with_capacity会在堆上分配相应的内存空间，但并没有向这个空间内填充任何元素。

数组元素的初始化

在通过vec![0;n]初始化数组时，数组元素的类型必须实现Copy trait，i32实现了Copy trait，因此通过vec![0;n]来初始化没有问题。但是如果数组元素是一个自定义的复杂类型（一般都没有实现Copy trait），就不能通过类似vec![0;n]这种方式来初始化数组了。

例如下面这段代码，Item没有实现Copy trait，因此初始化失败。

const LEN:usize = 3;
struct Item { name: String }
fn main() {
    let mut arr: [i32; LEN] = [0;LEN];
    let mut arr1: [Item; LEN] = [Item {name: "alan".to_string()};LEN];
    println!("{:?}", arr);
}

报错如下：

 --> src/main.rs:5:33
  |
5 |     let mut arr1:[Item; LEN] = [Item {name: "alan".to_string()};LEN] ;
  |                                 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ the trait `std::marker::Copy` is not implemented for `Item`
  |
  = note: the `Copy` trait is required because this value will be copied for each element of the array

这个时候，就可以通过Vec的push方法来向Vec中添加元素。好在我们事先通过with_capacity分配了内存空间，因此，在Vec长度小于n的情况下，向Vec中添加元素是不会再次分配内存空间。

 let mut vec3: Vec<Item> = Vec::with_capacity(n);
    vec3.push(Item {
        name: "Alan1".to_string(),
    });
    vec3.push(Item {
        name: "Alan2".to_string(),
    });
    vec3.push(Item {
        name: "Alan3".to_string(),
    });
    vec3.push(Item {
        name: "Alan4".to_string(),
    });
    vec3.push(Item {
        name: "Alan5".to_string(),
    });
    let items3: &[Item] = &vec3;

或者

let items4: &[Item] = &[
        Item {
            name: "Alan1".to_string(),
        },
        Item {
            name: "Alan2".to_string(),
        },
        Item {
            name: "Alan3".to_string(),
        },
        Item {
            name: "Alan4".to_string(),
        },
        Item {
            name: "Alan5".to_string(),
        },
    ];

总结

在Rust中，数组的长度必须是常量，但是我们可以通过Vec提供的功能来实现“动态”初始化这个“常量”。

相同点

vec!和Vec::with_capacity都会根据设置的长度在堆上分配相应的内存空间；

不同点

Vec::with_capacity只会分配内存空间，但是不会填充值；vec!会通过复制初始值的方式来填充值；

这篇文章收录我的Rust-实战专栏。请关注我，不要错过更新哟。