Rust入门篇 (1)

Rust入门篇

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声明： 本文是在参考 The Rust Programming Language 和 Rust官方教程 中文版 写的。 个人学习用

再PS. 目录这东东果然是必须的... 找个时间生成个

Hello World

1. 使用 cargo new projectName --bin 创建一个工程
2. cargo build 和 cargo run命令
3. cargo配置文件: 工程下的 Cargo.toml 文件

所有权

变量绑定

变量绑定有它们所绑定的的值的所有权。这意味着当一个绑定离开作用域，它们绑定的资源就会被释放。

    let a = vec![21];  // let声明一个变量绑定，非变量
    a.push(90);        // error: cannot borrow immutable local variable `a` as mutable 对象默认是immutable
    let a = 'x';       // a 重新绑定一个对象
    a = 'a';           // error: re-assignment of immutable variable `a`

• 拓展：Rust是一门静态隐式类型的语言。

  类型在编译时推导， 类似也c++11的auto特性

移动语义

Rust确保了对于任何给定的资源都只有一个绑定与之对应。

    let a = vec![1, 2];
    let b = a;      // 将a绑定的对象所有权交给b.
    println!("{}", a[0]);   // error: use of moved value: `a`

拷贝语义

同其他C-style语言一样， Rust的基本类型具有copy语义

    let a = 32;
    let b = a;
    println!("{}", a);   // 不报错

借用(Borrowing)

• 引子：

fn main() {
    fn fn1(arg: Vec<i32>) -> u32 { // 函数的定义格式...
        21                         // 表达式可以返回一个值
    }
    let a = vec![21, 32];
    fn1(a);   // 将a绑定的对象所有权传入函数中... 
    println!("{}", a[0]);  // use of moved value: `a`
}

如何解决这个问题？

1. 使用 borrowing

fn main() {

    fn fn1(arg: &Vec<i32>) -> u32 { // 需传入一个引用
        21
    }

    let a = vec![21, 32];
    fn1(&a);            //  传入&T类型，一个引用类型
    println!("{}", a[0]);
}

上述的借用都是immutable借用类型， 还有&mut类型。
Rust的借用有一些必须遵守的规则:
在同一作用域中

1. 一个或者多个对资源的引用 &T
2. 只有一个mutable引用 &mut

原因: 在编译时避免数据竞争...

• 例子：

    let mut x = 5;
    let y = &mut x;
    *y += 1;
    println!("{}", x); //  cannot borrow `x` as immutable because it is also borrowed as mutable

不过，解决这个问题的方法是... 缩小y的作用范围：

    let mut x = 5;
    {
        let y = &mut x;
        *y += 1;
    }
    println!("{}", x);

2. 对象克隆

fn main() {
    fn fn1(arg: Vec<i32>) -> u32 {
        21
    }
    let a = vec![21, 32];
    fn1(a.clone());   // 将a的副本传入即可
    println!("{}", a[0]);  // use of moved value: `a`
}

生命周期

在Rust中，引用必须与它引用的资源存活得一样长！

　　如下两例子:

let r : &i32;
   {
        let a = 32;
        r = &32;  // error: borrowed value does not live long enough
   }
println!("{}", r);

let r : &i32;
let x = 78;
r = &x;  // error: `x` does not live long enough

• 注意在Rust中 生命周期 这概念是与引用/借用紧密关联的
• 它定义了引用有效的作用域。

前面见过的有一个引用类型作为参数的函数，之所以没有看到声明周期这东东。 是因为声明周期省略造成的错觉。

我们可以以 implicit 或者 explicit 的方式来定义一个函数：

// implicit
fn foo(x: &i32) -> &i32{
}

// explicit
fn bar<'a>(x: &'a i32) -> &'a i32{
}

此外，结构体(struct)也拥有生命周期。
接下来解决struct后再继续...

类型

结构体

一个简单的struct：

struct Point {
    x: i32,    // Note: 逗号作为分隔符
    y: i32,
}
fn main() {
    let origin = Point { x: 0, y: 0 };
    println!("The origin is at ({}, {})", origin.x, origin.y);
}

应当注意的地方：

1. struct不支持字段可变性。因此不能在字段上添加 mut修饰
2. 可变性是绑定的一个属性， 让变量在一段时间内可变

为啥这样设计， 举个例子：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
} 
fn main() {
    let mut point = Point { x: 0, y: 0 };
    point.x = 5;
    let point = point; // this new binding can’t change now
    point.y = 6; // this causes an error
}    

生命周期 · 续

当结构体中具有引用类型的属性时， 结构体就需要使用显示的生命周期。
错误示例：

struct Foo {
    x: &i32,  // error: missing lifetime specifier
}

正确的写法：

struct Foo<'a> {
    x: &'a i32,
}

fn main() {
    let y = &5; // 等价于 `let _y = 5; let y = &_y;`
    let f = Foo { x: y };
    println!("{}", f.x);
}

为什么Foo需要一个生命周期？ 因为我们需要确保Foo中的任何引用不能比它包含的 i32 的引用活的更久。

impl块

使用impl在Foo中定义一个方法：

fn main() {
    let y = &5;
    let f = Foo { x: y };
    println!("{}", f.x());
}

struct Foo<'a> {
    x: &'a i32,
}

impl<'a> Foo<'a> {   // 标点符号吓死人系列...
    fn x(&self) -> &'a i32 { self.x }
}

'a 就是用来赋予作用域一个名字。
下面介绍一个特殊的命名作用域：

• 'static

  • 在Rust中最常见的： let x: &'static str = "Hello, world.";

      static  FOO: i32 = 10;   // 定义一个常量
      let x: &'static i32 = &FOO;
      println!("{}", *x);
  

方法语法

struct Circle {
    x: f64,
    y: f64,
    radius: f64,
}
impl Circle {
    fn area(&self) -> f64 {
        std::f64::consts::PI * (self.radius * self.radius)
    }
}
fn main() {
    let c = Circle { x: 0.0, y: 0.0, radius: 2.0 };
    println!("{}", c.area());
}

方法的第一个参数比较特殊。它有3种变体： `self`， `&self` 和 `&mut self`。 通常使用后两种！ 当方法只是读取struct中的数据时使用`&self`。 若要修改数据则使用`&mut self`。

• 关联函数

  不带self参数的方法就是关联函数。 这是一个Rust代码中非常常见的模式。

  impl Circle {
  fn new(x: f64, y: f64, radius: f64) -> Circle {
      Circle {
          x: x,
          y: y,
          radius: radius,
      }
  }
  

  • 关联函数的调用： `let c = Circle::new(0.0, 0.0, 2.0);
    
    

• 创建者模式 Builder Pattern

  • 见 Builder Pattern

枚举

跟C不同，Rust的枚举可携带数据.... 看个例子

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

// 使用 match 来实现类型的转换
fn process_message(msg: Message) -> i32{
    match msg {    // match所有分支返回类型必须一致
        Message::Quit => 32,   // 逗号隔开
        Message::ChangeColor(r,g,b) => r+g+b,
        Message::Move{x: x1, y: y1} => x1 + y1,
        Message::Write(s) => s.trim().parse().ok().expect("parse error!"),
    }
}

fn main() {
    let a = Message::Quit;
    let b = Message::ChangeColor(1, 2, 3);
    let c = Message::Move{x: 32, y: -32};
    let d = Message::Write("88".to_string());
    println!("{}", process_message(a));
    println!("{}", process_message(b));
    println!("{}", process_message(c));
    println!("{}", process_message(d));
}

匹配和模式

let x = 5;
match x {
    1 => println!("one"),
    2 => println!("two"),
    3 => println!("three"),
    4 => println!("four"),
    5 => println!("five"),
    _ => println!("something else"),  
}

Rust编译器检查穷尽性，要求对每一个枚举的变量都有一个匹配分支。如果你忽略了一个，除非你用_否则它会给你一个编译时错误。

模式

在匹配语句中使用到：

let my_number = 8;
match my_number {
    0     => println!("zero"),
    1 | 2 => println!("one or two"),  // Multiple patterns
    3 ... 10 => println!("three to ten"),  // Ranges
    _     => println!("something else")
}

解构： 对于复合数据类型， 可以在模式中进行解析

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

let origin = Point { x: -9, y: 0=77 };

match origin {
    Point { x, y } => println!("({},{})", x, y),
}

// 解析部分值 使用 .. 来忽略部分或所有值
match origin {
    Point { x, .. } => println!("x is {}", x),
}

忽略绑定

fn fn1() -> (i32, i32) {
    (33, 43)
}
let (i, _ ) = fn1();  // 只绑定fn1第一个值， 忽略第二个值的绑定
println!("{}", i);

模式在Rust中非常强大，以上只介绍了它的几种用法。

Vector

类型 Vec<T>， vector总是在堆上分配数据！ 可以使用vec!宏来创建。

let v = vec![1, 2, 3, 4, 5]; // v: Vec<i32>

let v = vec![0; 10]; // ten zeroes

越界访问

    let v = vec![32, 43];
    println!("{:?}", v[3]);   // 运行时 thread '<main>' panicked at 'index out of bounds

迭代

let mut v = vec![1, 2, 3, 4, 5];
for i in &v {
    println!("A reference to {}", i);
}

方法

let v = vec![43, 54, 65]; // v: Vec<i32>
// 数组长度
println!("{:?}", v.len());

字符串

Rust有两种主要的字符串类型：&str和String。

同 C-style 系， let greeting = "Hello there."; // greeting: &'static str &str编译后存储在程序中， 在运行期间一直存在。

String则不同，是一个在堆上分配的字符串。这个字符串可以增长，并且也保证是UTF-8编码的。

let mut s = "Hello".to_string(); // mut s: String
println!("{}", s);

s.push_str(", world.");
println!("{}", s);

String可以通过一个&强制转换为&str：

    let tmp = "鬼".to_string();
    let s = "什么".to_string() + &tmp; // String + str => String
    println!("{:?}", s);

题外话： 被恶心到了... str + str 和 String + String 是不被允许的
不懂为啥这样设计

Note : 由于let s = "hello";中"hello"是一个UTF-8编码的字符串，故不能直接用索引来访问字符串的元素。 编码扫盲篇

关于Rust的字符串(如"hello")， 就好像你在ipython中输入：

注意这里使用的是 python2.7

    > a = '严'
    > a
    > 'xe4xb8xa5'
    > len(a)
    > 3

在python中你可以使用a[2]来访问a指向的str。 但这在Rust中是不允许的

---恢复内容结束---