Rust学习的关键资源

官方教程(号称The Book)https://doc.rust-lang.org/stable/book/
中文版 https://kaisery.github.io/trpl-zh-cn/

Easy Rust 用比较简单的英语写的教程,内容也较简单一些(入门)
https://dhghomon.github.io/easy_rust/Chapter_0.html

菜鸟Rust教程 https://www.runoob.com/rust/rust-tutorial.html

Rust By Example https://doc.rust-lang.org/rust-by-example/hello.html
中文版 https://rustwiki.org/zh-CN/rust-by-example/index.html

Rust Cookbook https://rust-lang-nursery.github.io/rust-cookbook/

⭐️ Rust By Practice( Rust 练习实践 ) https://zh.practice.rs/why-exercise.html

⭐️ Rust圣经 https://course.rs/about-book.html

Rustc Book https://doc.rust-lang.org/rustc/index.html

Rust 🦀 and WebAssembly https://rustwasm.github.io/book/

Rust 宏小册 https://zjp-cn.github.io/tlborm/

Rust 中的异步编程 https://huangjj27.github.io/async-book/index.html

Rust 秘典(死灵书) https://nomicon.purewhite.io/intro.html

官方API文档 https://doc.rust-lang.org/std/index.html

优质Rust项目 https://github.com/rust-unofficial/awesome-rust
中文版 https://github.com/PuzzledAlien/awesome-rust-cn

Rust 中文资源 https://github.com/rust-lang-cn

Effective Rust https://www.lurklurk.org/effective-rust/cover.html

Rust总结:可恢复的错误Result

可恢复的错误 Result

unwrap/expect 如果失败就panic

use std::fs::File;

fn main() {
    // 如果调用这段代码时 hello.txt 文件不存在,那么 unwrap 就将直接 panic
    let f = File::open("hello.txt").unwrap();
}

? 和报错传播

fn open_file() -> Result<File, Box<dyn std::error::Error>> {
    // 如果失败就自动return Err
    let mut f = File::open("hello.txt")?;
    Ok(f)
}

? 不仅仅可以用于 Result 的传播,还能用于 Option 的传播

fn last_char_of_first_line(text: &str) -> Option<char> {
    text.lines().next()?.chars().last()
}

新手用 ? 常会犯的错误

初学者在用 ? 时,老是会犯错,例如写出这样的代码:

fn first(arr: &[i32]) -> Option<&i32> {
   arr.get(0)?
}

切记:? 操作符需要一个变量来承载正确的值,这个函数只会返回 Some(&i32) 或者 None,然而只有错误值能直接返回,正确的值不行

实际上 Rust 还支持另外一种形式的 main 函数

use std::error::Error;
use std::fs::File;

fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let f = File::open("hello.txt")?;

    Ok(())
}

例子

1

use std::num::ParseIntError;

fn multiply(n1_str: &str, n2_str: &str) -> Result<i32, ParseIntError> {
    let n1 = n1_str.parse::<i32>();
    let n2 = n2_str.parse::<i32>();
    Ok(n1.unwrap() * n2.unwrap())
}

fn main() {
    let result = multiply("10", "2");
    assert_eq!(result, Ok(20));

    let result = multiply("4", "2");
    assert_eq!(result.unwrap(), 8);

    println!("Success!")
}

? 改写

use std::num::ParseIntError;

// IMPLEMENT multiply with ?
// DON'T use unwrap here
fn multiply(n1_str: &str, n2_str: &str) -> Result<i32, ParseIntError> {
    let n1 = n1_str.parse::<i32>()?;
    let n2 = n2_str.parse::<i32>()?;
    Ok(n1 * n2)
}

fn main() {
    assert_eq!(multiply("3", "4").unwrap(), 12);
    println!("Success!")
}

连续?

use std::fs::File;
use std::io::{self, Read};

fn read_file1() -> Result<String, io::Error> {
    let f = File::open("hello.txt");
    let mut f = match f {
        Ok(file) => file,
        Err(e) => return Err(e),
    };

    let mut s = String::new();
    match f.read_to_string(&mut s) {
        Ok(_) => Ok(s),
        Err(e) => Err(e),
    }
}

fn read_file2() -> Result<String, io::Error> {
    let mut s = String::new();
    // 注意 read_to_string(&mut s)?的?虽然不写也可以通过,但是就错过了可能报的错
    File::open("hello.txt")?.read_to_string(&mut s)?;

    Ok(s)
}

fn main() {
    assert_eq!(read_file1().unwrap_err().to_string(), read_file2().unwrap_err().to_string());
    println!("Success!")
}

mapand_then的使用

use std::num::ParseIntError;

fn add_two(n_str: &str) -> Result<i32, ParseIntError> {
   n_str.parse::<i32>().map(|num| num +2)
}

fn main() {
    assert_eq!(add_two("4").unwrap(), 6);

    println!("Success!")
}
use std::num::ParseIntError;

fn add_two(n_str: &str) -> Result<i32, ParseIntError> {
   n_str.parse::<i32>().and_then(|num| Ok(num +2))
}

fn main() {
    assert_eq!(add_two("4").unwrap(), 6);

    println!("Success!")
}

map/and_then改写

use std::num::ParseIntError;

// With the return type rewritten, we use pattern matching without `unwrap()`.
// But it's so Verbose..
fn multiply(n1_str: &str, n2_str: &str) -> Result<i32, ParseIntError> {
    match n1_str.parse::<i32>() {
        Ok(n1)  => {
            match n2_str.parse::<i32>() {
                Ok(n2)  => {
                    Ok(n1 * n2)
                },
                Err(e) => Err(e),
            }
        },
        Err(e) => Err(e),
    }
}

// Rewriting `multiply` to make it succinct
// You  MUST USING `and_then` and `map` here
fn multiply1(n1_str: &str, n2_str: &str) -> Result<i32, ParseIntError> {
    // IMPLEMENT...
    n1_str.parse::<i32>().and_then(|n1| {
        n2_str.parse::<i32>().map(|n2| n1 * n2)
    })
}

fn print(result: Result<i32, ParseIntError>) {
    match result {
        Ok(n)  => println!("n is {}", n),
        Err(e) => println!("Error: {}", e),
    }
}

fn main() {
    // This still presents a reasonable answer.
    let twenty = multiply1("10", "2");
    print(twenty);

    // The following now provides a much more helpful error message.
    let tt = multiply("t", "2");
    print(tt);

    println!("Success!")
}

简化类型

use std::num::ParseIntError;

// Define a generic alias for a `Result` with the error type `ParseIntError`.
type Res<T> = Result<T, ParseIntError>;

// Use the above alias to refer to our specific `Result` type.
fn multiply(first_number_str: &str, second_number_str: &str) -> Res<i32> {
    first_number_str.parse::<i32>().and_then(|first_number| {
        second_number_str.parse::<i32>().map(|second_number| first_number * second_number)
    })
}

// Here, the alias again allows us to save some space.
fn print(result: Res<i32>) {
    match result {
        Ok(n)  => println!("n is {}", n),
        Err(e) => println!("Error: {}", e),
    }
}

fn main() {
    print(multiply("10", "2"));
    print(multiply("t", "2"));
}

main里的return问题

原题如果改成用特征对象就会报错

use std::num::ParseIntError;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let number_str = "10";
    let number = match number_str.parse::<i32>() {
        Ok(number)  => number,
        Err(e) => return Err(e),
    };
    println!("{}", number);
    Ok(())
}

?就成功,这是为什么呢?不是说?是个宏,其实也是return了Err(e)的吗?

use std::num::ParseIntError;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let number_str = "10";
    let number = number_str.parse::<i32>()?;
    println!("{}", number);
    Ok(())
}

Rust总结: 动态数组 Vector

动态数组 Vector

创建

let v: Vec<i32> = Vec::new();

容量

容量 capacity 是已经分配好的内存空间,用于存储未来添加到 Vec 中的元素。而长度 len 则是当前 Vec 中已经存储的元素数量。如果要添加新元素时,长度将要超过已有的容量,那容量会自动进行增长:Rust 会重新分配一块更大的内存空间,然后将之前的 Vec 拷贝过去,因此,这里就会发生新的内存分配( 目前 Rust 的容量调整策略是加倍,例如 2 -> 4 -> 8 ..)。

若这段代码会频繁发生,那频繁的内存分配会大幅影响我们系统的性能,最好的办法就是提前分配好足够的容量,尽量减少内存分配。

如果预先知道要存储的元素个数,可以使用 Vec::with_capacity(capacity) 创建动态数组,这样可以避免因为插入大量新数据导致频繁的内存分配和拷贝,提升性能

fn main() {
    let mut vec = Vec::with_capacity(10);

    assert_eq!(vec.len(), 0);
    assert_eq!(vec.capacity(), 10);

    // 由于提前设置了足够的容量,这里的循环不会造成任何内存分配...
    for i in 0..10 {
        vec.push(i);
    }
    assert_eq!(vec.len(), 10);
    assert_eq!(vec.capacity(), 10);

    // ...但是下面的代码会造成新的内存分配
    vec.push(11);
    assert_eq!(vec.len(), 11);
    assert!(vec.capacity() >= 20);


    // 填写一个合适的值,在 `for` 循环运行的过程中,不会造成任何内存分配
    let mut vec = Vec::with_capacity(100);
    for i in 0..100 {
        vec.push(i);
    }

    assert_eq!(vec.len(), 100);
    assert_eq!(vec.capacity(), 100);

    println!("Success!")
}

vec![] 宏

vec![]vec!()vec!{} 都可以

let v = vec![1, 2, 3];

从数组

let arr: [u8; 3] = [1, 2, 3];
let v = Vec::from(arr);

from/into的用法

fn main() {
    // array -> Vec
    // impl From<[T; N]> for Vec
    let arr = [1, 2, 3];
    let v1 = Vec::from(arr);
    let v2: Vec<i32> = arr.into();

    assert_eq!(v1, v2);


    // String -> Vec
    // impl From<String> for Vec
    let s = "hello".to_string();
    let v1: Vec<u8> = s.into();

    let s = "hello".to_string();
    let v2 = s.into_bytes();
    assert_eq!(v1, v2);

    // impl<'_> From<&'_ str> for Vec
    let s = "hello";
    let v3 = Vec::from(s);
    assert_eq!(v2, v3);

    // 迭代器 Iterators 可以通过 collect 变成 Vec
    let v4: Vec<i32> = [0; 10].into_iter().collect();
    assert_eq!(v4, vec![0; 10]);

    println!("Success!")
 }

用extend

fn main() {
    let mut v1 = Vec::from([1, 2, 4]);
    v1.pop();
    v1.push(3);

    let mut v2 = Vec::new();
    v2.extend(&v1);

    assert_eq!(v1, v2);

    println!("Success!")
}

操作

let mut v = Vec::new();
v.push(1); // 插入

// 读取
let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];

let third: &i32 = &v[2];
println!("第三个元素是 {}", third);

match v.get(2) {
    Some(third) => println!("第三个元素是 {}", third),
    None => println!("去你的第三个元素,根本没有!"),
}

// 下标与get的区别
let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];

let does_not_exist = &v[100]; // panic!
let does_not_exist = v.get(100); // 返回Option

// 遍历
let v = vec![1, 2, 3];
for i in &v {
    println!("{}", i);
}

let mut v = vec![1, 2, 3];
for i in &mut v {
    *i += 10
}

遍历

fn main() {
    let mut v = Vec::from([1, 2, 3]);
    for i in 0..5 {
        println!("{:?}", v.get(i))
    }

    for i in 0..5 {
        if let Some(x) = v.get(i) {
            v[i] = x + 1
        } else {
            v.push(i + 2)
        }
    }

    assert_eq!(format!("{:?}",v), format!("{:?}", vec![2, 3, 4, 5, 6]));

    println!("Success!")
}


//Another solution

fn main() {
    let mut v = Vec::from([1, 2, 3,4,5]);
    for i in 0..5 {
        println!("{:?}", v[i])
    }

    for i in 0..5 {
       v[i] +=1;
    }

    assert_eq!(v, vec![2, 3, 4, 5, 6]);

    println!("Success!")
}

fn main() {
    let mut v = Vec::from([1, 2, 3]);
    for i in 0..5 {
        println!("{:?}", v.get(i))
    }

    for i in 0..5 {
       match v.get_mut(i) {
           Some(item) => *item += 1,
           None => v.push(i+2)
       }
    }

    assert_eq!(v, vec![2, 3, 4, 5, 6]);

    println!("Success!")
}

切片

与 String 的切片类似, Vec 也可以使用切片。如果说 Vec 是可变的,那它的切片就是不可变或者说只读的,我们可以通过 & 来获取切片。

在 Rust 中,将切片作为参数进行传递是更常见的使用方式,例如当一个函数只需要可读性时,那传递 Vec 或 String 的切片 &[T] / &str 会更加适合。

fn main() {
    let mut v = vec![1, 2, 3];

    let slice1 = &v[..];
    // 越界访问将导致 panic.
    // 修改时必须使用 `v.len`
    let slice2 = &v[0..];

    assert_eq!(slice1, slice2);

    // 切片是只读的 (不能修改长度,但可以对元素修改)
    // 注意:切片和 `&Vec` 是不同的类型,后者仅仅是 `Vec` 的引用,并可以通过解引用直接获取 `Vec`
    let vec_ref: &mut Vec<i32> = &mut v;
    (*vec_ref).push(4);
    let slice3 = &mut v[0..];
    // slice3.push(4);
    slice3[0] = 2;

    assert_eq!(slice3, &[1, 2, 3, 4]);

    println!("Success!")
}

存储不同类型元素

用Option

#[derive(Debug)]
enum IpAddr {
    V4(String),
    V6(String)
}
fn main() {
    let v = vec![
        IpAddr::V4("127.0.0.1".to_string()),
        IpAddr::V6("::1".to_string())
    ];

    for ip in v {
        show_addr(ip)
    }
}

fn show_addr(ip: IpAddr) {
    println!("{:?}",ip);
}

用特征对象

trait IpAddr {
    fn display(&self);
}

struct V4(String);
impl IpAddr for V4 {
    fn display(&self) {
        println!("ipv4: {:?}",self.0)
    }
}
struct V6(String);
impl IpAddr for V6 {
    fn display(&self) {
        println!("ipv6: {:?}",self.0)
    }
}

fn main() {
    let v: Vec<Box<dyn IpAddr>> = vec![
        Box::new(V4("127.0.0.1".to_string())),
        Box::new(V6("::1".to_string())),
    ];

    for ip in v {
        ip.display();
    }
}

Rust 总结:特征对象 Trait Objects

特征对象

特征对象指向实现了特征的类型的实例

可以通过 & 引用或者 Box 智能指针的方式来创建特征对象。

trait Draw {
    fn draw(&self) -> String;
}

impl Draw for u8 {
    fn draw(&self) -> String {
        format!("u8: {}", *self)
    }
}

impl Draw for f64 {
    fn draw(&self) -> String {
        format!("f64: {}", *self)
    }
}

// 若 T 实现了 Draw 特征, 则调用该函数时传入的 Box<T> 可以被隐式转换成函数参数签名中的 Box<dyn Draw>
fn draw1(x: Box<dyn Draw>) {
    // 由于实现了 Deref 特征,Box 智能指针会自动解引用为它所包裹的值,然后调用该值对应的类型上定义的 `draw` 方法
    x.draw();
}

fn draw2(x: &dyn Draw) {
    x.draw();
}

fn main() {
    let x = 1.1f64;
    // do_something(&x);
    let y = 8u8;

    // x 和 y 的类型 T 都实现了 `Draw` 特征,因为 Box<T> 可以在函数调用时隐式地被转换为特征对象 Box<dyn Draw>
    // 基于 x 的值创建一个 Box<f64> 类型的智能指针,指针指向的数据被放置在了堆上
    draw1(Box::new(x));
    // 基于 y 的值创建一个 Box<u8> 类型的智能指针
    draw1(Box::new(y));
    draw2(&x);
    draw2(&y);
}
  • draw1 函数的参数是 Box 形式的特征对象,该特征对象是通过 Box::new(x) 的方式创建的
  • draw2 函数的参数是 &dyn Draw 形式的特征对象,该特征对象是通过 &x 的方式创建的
  • dyn 关键字只用在特征对象的类型声明上,在创建时无需使用 dyn
// 这种写法不会工作!因为最终类型匹配到的是具体类型,而非特征对象
/*
pub struct Screen<T: Draw> {
    pub components: Vec<T>,
}

impl<T> Screen<T>
    where T: Draw {
    pub fn run(&self) {
        for component in self.components.iter() {
            component.draw();
        }
    }
}
*/

pub struct Screen {
    pub components: Vec<Box<dyn Draw>>,
}

impl Screen {
    pub fn run(&self) {
        for component in self.components.iter() {
            component.draw();
        }
    }
}

pub struct Button {
    pub width: u32,
    pub height: u32,
    pub label: String,
}

impl Draw for Button {
    fn draw(&self) {
        // 绘制按钮的代码
    }
}

struct SelectBox {
    width: u32,
    height: u32,
    options: Vec<String>,
}

impl Draw for SelectBox {
    fn draw(&self) {
        // 绘制SelectBox的代码
    }
}


fn main() {
    let screen = Screen {
        components: vec![
            Box::new(SelectBox {
                width: 75,
                height: 10,
                options: vec![
                    String::from("Yes"),
                    String::from("Maybe"),
                    String::from("No")
                ],
            }),
            Box::new(Button {
                width: 50,
                height: 10,
                label: String::from("OK"),
            }),
        ],
    };

    screen.run();
}

简而言之,当类型 Button 实现了特征 Draw 时,类型 Button 的实例对象 btn 可以当作特征 Draw 的特征对象类型来使用,btn 中保存了作为特征对象的数据指针(指向类型 Button 的实例数据)和行为指针(指向 vtable)。

一定要注意,此时的 btn 是 Draw 的特征对象的实例,而不再是具体类型 Button 的实例,而且 btn 的 vtable 只包含了实现自特征 Draw 的那些方法(比如 draw),因此 btn 只能调用实现于特征 Draw 的 draw 方法,而不能调用类型 Button 本身实现的方法和类型 Button 实现于其他特征的方法。也就是说,btn 是哪个特征对象的实例,它的 vtable 中就包含了该特征的方法。

使用 dyn 返回特征

trait Bird {
    fn quack(&self) -> String;
}

struct Duck;
impl Duck {
    fn swim(&self) {
        println!("Look, the duck is swimming")
    }
}
struct Swan;
impl Swan {
    fn fly(&self) {
        println!("Look, the duck.. oh sorry, the swan is flying")
    }
}

impl Bird for Duck {
    fn quack(&self) -> String{
        "duck duck".to_string()
    }
}

impl Bird for Swan {
    fn quack(&self) -> String{
        "swan swan".to_string()
    }
}

fn main() {
    // 填空
    let duck = Duck {};
    duck.swim();

    let bird = hatch_a_bird(2);
    // 变成鸟儿后,它忘记了如何游,因此以下代码会报错
    // bird.swim();
    // 但它依然可以叫唤
    assert_eq!(bird.quack(), "duck duck");

    let bird = hatch_a_bird(1);
    // 这只鸟儿忘了如何飞翔,因此以下代码会报错
    // bird.fly();
    // 但它也可以叫唤
    assert_eq!(bird.quack(), "swan swan");

    println!("Success!")
}

// 实现以下函数
// fn hatch_a_bird(s: usize) -> &'static dyn Bird {
//     if s == 1 {
//         &Swan {}
//     } else {
//         &Duck {}
//     }
// }

fn hatch_a_bird(s: usize) -> Box<dyn Bird> {
    if s == 1 {
        Box::new(Swan {})
    } else {
        Box::new(Duck {})
    }
}

在数组中使用特征对象

trait Bird {
    fn quack(&self);
}

struct Duck;
impl Duck {
    fn fly(&self) {
        println!("Look, the duck is flying")
    }
}
struct Swan;
impl Swan {
    fn fly(&self) {
        println!("Look, the duck.. oh sorry, the swan is flying")
    }
}

impl Bird for Duck {
    fn quack(&self) {
        println!("{}", "duck duck");
    }
}

impl Bird for Swan {
    fn quack(&self) {
        println!("{}", "swan swan");
    }
}

fn main() {
    // 填空
    // let birds : [&dyn Bird; 2]= [
    //     &Duck{},
    //     &Swan{}
    // ];

    let birds : [Box<dyn Bird>; 2]= [
        Box::new(Duck{}),
        Box::new(Swan{})
    ];

    for bird in birds {
        bird.quack();
        // 当 duck 和 swan 变成 bird 后,它们都忘了如何翱翔于天际,只记得该怎么叫唤了。。
        // 因此,以下代码会报错
        // bird.fly();
    }
}

&dyn and Box

// 填空
trait Draw {
    fn draw(&self) -> String;
}

impl Draw for u8 {
    fn draw(&self) -> String {
        format!("u8: {}", *self)
    }
}

impl Draw for f64 {
    fn draw(&self) -> String {
        format!("f64: {}", *self)
    }
}

fn main() {
    let x = 1.1f64;
    let y = 8u8;

    // draw x
    draw_with_box(Box::new(x));

    // draw y
    draw_with_ref(&y);

    println!("Success!")
}

fn draw_with_box(x: Box<dyn Draw>) {
    x.draw();
}

fn draw_with_ref(x: &dyn Draw) {
    x.draw();
}

静态分发和动态分发Static and Dynamic dispatch

trait Foo {
    fn method(&self) -> String;
}

impl Foo for u8 {
    fn method(&self) -> String { format!("u8: {}", *self) }
}

impl Foo for String {
    fn method(&self) -> String { format!("string: {}", *self) }
}

// 通过泛型实现以下函数
fn static_dispatch(x: impl Foo) {

}

// 通过特征对象实现以下函数
fn dynamic_dispatch(y: &dyn Foo) {

}

fn main() {
    let x = 5u8;
    let y = "Hello".to_string();

    static_dispatch(x);
    dynamic_dispatch(&y);

    println!("Success!")
}

对象安全

一个特征能变成特征对象,首先该特征必须是对象安全的,即该特征的所有方法都必须拥有以下特点:

  • 返回类型不能是 Self.
  • 不能使用泛型参数

第一个是特征约束方式:

trait MyTrait {
    fn f(&self) -> Self;
}

impl MyTrait for u32 {
    fn f(&self) -> Self { 42 }
}

impl MyTrait for String {
    fn f(&self) -> Self { self.clone() }
}

fn my_function(x: impl MyTrait) -> impl MyTrait  {
    x.f()
}

fn main() {
    let a = my_function(13_u32);
    my_function(String::from("abc"));
}

第二个是特征对象方式:

trait MyTrait {
    fn f(&self) -> Box<dyn MyTrait>;
}

impl MyTrait for u32 {
    fn f(&self) -> Box<dyn MyTrait> { Box::new(42) }
}

impl MyTrait for String {
    fn f(&self) -> Box<dyn MyTrait> { Box::new(self.clone()) }
}

fn my_function(x: Box<dyn MyTrait>) -> Box<dyn MyTrait> {
    x.f()
}

fn main() {
    my_function(Box::new(13_u32));
    my_function(Box::new(String::from("abc")));
}

关联类型

关联类型是在特征定义的语句块中,声明一个自定义类型,这样就可以在特征的方法签名中使用该类型:

pub trait Iterator {
    type Item;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
}
impl Iterator for Counter {
    type Item = u32;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        // --snip--
    }
}

fn main() {
    let c = Counter{..}
    c.next()
}

结论:由于使用了泛型,导致函数头部也必须增加泛型的声明,而使用关联类型,将得到可读性好得多的代码

struct Container(i32, i32);

// 使用关联类型实现重新实现以下特征

trait Contains {
    type A;
    type B;
    fn contains(&self, _: &Self::A, _: &Self::B) -> bool;
    fn first(&self) -> i32;
    fn last(&self) -> i32;
}

impl Contains for Container {
    type A = i32;
    type B = i32;
    fn contains(&self, number_1: &Self::A, number_2: &Self::B) -> bool {
        (&self.0 == number_1) && (&self.1 == number_2)
    }
    // Grab the first number.
    fn first(&self) -> i32 { self.0 }

    // Grab the last number.
    fn last(&self) -> i32 { self.1 }
}

fn difference<C: Contains>(container: &C) -> i32 {
    container.last() - container.first()
}

fn main() {
    let number_1 = 3;
    let number_2 = 10;

    let container = Container(number_1, number_2);

    println!("Does container contain {} and {}: {}",
        &number_1, &number_2,
        container.contains(&number_1, &number_2));
    println!("First number: {}", container.first());
    println!("Last number: {}", container.last());

    println!("The difference is: {}", difference(&container));
}

默认泛型类型参数

use std::ops::Sub;

#[derive(Debug, PartialEq)]
struct Point<T> {
    x: T,
    y: T,
}

// 1
impl<T: Sub<Output = T>> Sub<Point<T>> for Point<T> {
    type Output = Self;

    fn sub(self, other: Self) -> Self::Output {
        Point {
            x: self.x - other.x,
            y: self.y - other.y,
        }
    }
}
// 2
impl<T: Sub<Output = T>> Sub<Self> for Point<T> {
    type Output = Self;

    fn sub(self, other: Self) -> Self::Output {
        Point {
            x: self.x - other.x,
            y: self.y - other.y,
        }
    }
}
// 3
impl<T: Sub<Output = T>> Sub for Point<T> {
    type Output = Self;

    fn sub(self, other: Self) -> Self::Output {
        Point {
            x: self.x - other.x,
            y: self.y - other.y,
        }
    }
}

fn main() {
    assert_eq!(Point { x: 2, y: 3 } - Point { x: 1, y: 0 },
        Point { x: 1, y: 3 });

    println!("Success!")
}

完全限定语法

调用同名的方法

trait Pilot {
    fn fly(&self);
}

trait Wizard {
    fn fly(&self);
}

struct Human;

impl Pilot for Human {
    fn fly(&self) {
        println!("This is your captain speaking.");
    }
}

impl Wizard for Human {
    fn fly(&self) {
        println!("Up!");
    }
}

impl Human {
    fn fly(&self) {
        println!("*waving arms furiously*");
    }
}

fn main() {
    let person = Human;
    Pilot::fly(&person); // 调用Pilot特征上的方法
    Wizard::fly(&person); // 调用Wizard特征上的方法
    person.fly(); // 调用Human类型自身的方法
}
trait UsernameWidget {
    fn get(&self) -> String;
}

trait AgeWidget {
    fn get(&self) -> u8;
}

struct Form {
    username: String,
    age: u8,
}

impl UsernameWidget for Form {
    fn get(&self) -> String {
        self.username.clone()
    }
}

impl AgeWidget for Form {
    fn get(&self) -> u8 {
        self.age
    }
}

fn main() {
    let form = Form{
        username: "rustacean".to_owned(),
        age: 28,
    };

    // 如果你反注释下面一行代码,将看到一个错误: Fully Qualified Syntax
    // 毕竟,这里有好几个同名的 `get` 方法
    //
    // println!("{}", form.get());

    let username = UsernameWidget::get(&form);
    assert_eq!("rustacean".to_owned(), username);
    let age = AgeWidget::get(&form); // 你还可以使用以下语法 `<Form as AgeWidget>::get`
    assert_eq!(28, age);

    println!("Success!")
}

关联函数同名

trait Animal {
    fn baby_name() -> String;
}

struct Dog;

impl Dog {
    fn baby_name() -> String {
        String::from("Spot")
    }
}

impl Animal for Dog {
    fn baby_name() -> String {
        String::from("puppy")
    }
}

// 错
// fn main() {
//     println!("A baby dog is called a {}", Dog::baby_name());
// }

fn main() {
    println!("A baby dog is called a {}", <Dog as Animal>::baby_name());
}

完全限定语法定义为:

<Type as Trait>::function(receiver_if_method, next_arg, ...);

特征定义中的特征约束

Supertraits

有些时候我们希望在特征上实现类似继承的特性,例如让一个特征 A 使用另一个特征 B 的功能。这种情况下,一个类型要实现特征 A 首先要实现特征 B, 特征 B 就被称为 supertrait

use std::fmt::Display;

trait OutlinePrint: Display {
    fn outline_print(&self) {
        let output = self.to_string();
        let len = output.len();
        println!("{}", "*".repeat(len + 4));
        println!("*{}*", " ".repeat(len + 2));
        println!("* {} *", output);
        println!("*{}*", " ".repeat(len + 2));
        println!("{}", "*".repeat(len + 4));
    }
}

use std::fmt;

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

impl fmt::Display for Point {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        write!(f, "({}, {})", self.x, self.y)
    }
}

impl OutlinePrint for Point {}
use std::fmt::Debug;

trait Person: Debug {
    fn name(&self) -> String;
}

// Person 是 Student 的 supertrait .
// 实现 Student 需要同时实现 Person.
trait Student: Person {
    fn university(&self) -> String;
}

trait Programmer {
    fn fav_language(&self) -> String;
}

// CompSciStudent (computer science student) 是 Programmer
// 和 Student 的 subtrait. 实现 CompSciStudent 需要先实现这两个 supertraits.
trait CompSciStudent: Programmer + Student {
    fn git_username(&self) -> String;
}

fn comp_sci_student_greeting(student: &dyn CompSciStudent) -> String {
    format!(
        "My name is {} and I attend {}. My favorite language is {}. My Git username is {}",
        student.name(),
        student.university(),
        student.fav_language(),
        student.git_username()
    )
}

#[derive(Debug)]
struct CSStudent {
    name: String,
    university: String,
    fav_language: String,
    git_username: String
}

impl Person for CSStudent {
    fn name(&self) -> String {
        self.name.clone()
    }
}

impl Student for CSStudent {
    fn university(&self) -> String {
        self.university.clone()
    }
}

impl Programmer for CSStudent {
    fn fav_language(&self) -> String {
        self.fav_language.clone()
    }
}

// 为 CSStudent 实现所需的特征
impl CompSciStudent for CSStudent {
    fn git_username(&self) -> String {
        self.git_username.clone()
    }
}

fn main() {
    let student = CSStudent {
        name: "Sunfei".to_string(),
        university: "XXX".to_string(),
        fav_language: "Rust".to_string(),
        git_username: "sunface".to_string()
    };

    // 填空
    println!("{}", comp_sci_student_greeting(&student));
    println!("{:?}", student);
}

在外部类型上实现外部特征(newtype)

这里提供一个办法来绕过孤儿规则(就是特征或者类型必需至少有一个是本地的),那就是使用newtype 模式,简而言之:就是为一个元组结构体创建新类型。该元组结构体封装有一个字段,该字段就是希望实现特征的具体类型。

👇 想给 Vec<String> 加上 Display 特征,但这是个孤儿规则,因为两个定义都不在本地,可以使用newtype技巧。

use std::fmt;

struct Wrapper(Vec<String>);

impl fmt::Display for Wrapper {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        write!(f, "[{}]", self.0.join(", "))
    }
}

fn main() {
    let w = Wrapper(vec![String::from("hello"), String::from("world")]);
    println!("w = {}", w);
}
use std::fmt;

// 定义一个 newtype `Pretty`
struct Pretty(String);


impl fmt::Display for Pretty {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        write!(f, "\"{}\"", self.0.clone() + ", world")
    }
}

fn main() {
    let w = Pretty("hello".to_string());
    println!("w = {}", w);
}

Rust 总结:特征 Trait

定义特征

pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}

为类型实现特征

pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}
pub struct Post {
    pub title: String, // 标题
    pub author: String, // 作者
    pub content: String, // 内容
}

impl Summary for Post {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("文章{}, 作者是{}", self.title, self.author)
    }
}

pub struct Weibo {
    pub username: String,
    pub content: String
}

impl Summary for Weibo {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{}发表了微博{}", self.username, self.content)
    }
}

特征定义与实现的位置:"孤儿规则"

原则:如果你想要为类型 A 实现特征 T,那么 A 或者 T 至少有一个是在当前作用域中定义的!

例如我们可以为上面的 Post 类型实现标准库中的 Display 特征,这是因为 Post 类型定义在当前的作用域中。同时,我们也可以在当前包中为 String 类型实现 Summary 特征,因为 Summary 定义在当前作用域中。

但是你无法在当前作用域中,为 String 类型实现 Display 特征,因为它们俩都定义在标准库中,其定义所在的位置都不在当前作用域,跟你半毛钱关系都没有,看看就行了。

默认实现

pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String {
        String::from("(Read more...)")
    }
}

impl Summary for Post {}

impl Summary for Weibo {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{}发表了微博{}", self.username, self.content)
    }
}

部分默认实现,部分自己实现

pub trait Summary {
    fn summarize_author(&self) -> String;

    fn summarize(&self) -> String {
        format!("(Read more from {}...)", self.summarize_author())
    }
}

impl Summary for Weibo {
    fn summarize_author(&self) -> String {
        format!("@{}", self.username)
    }
}
println!("1 new weibo: {}", weibo.summarize());

使用特征作为函数参数

pub fn notify(item: &impl Summary) {
    println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}

特征约束(trait bound)

pub fn notify<T: Summary>(item: &T) {
    println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}
pub fn notify(item1: &impl Summary, item2: &impl Summary) {}
// 下面这种更容易书写
pub fn notify<T: Summary>(item1: &T, item2: &T) {}

多重约束

pub fn notify(item: &(impl Summary + Display)) {}
// 下面这种更容易书写
pub fn notify<T: Summary + Display>(item: &T) {}

Where 约束

// 当特征约束变得很多时,函数的签名将变得很复杂:
fn some_function<T: Display + Clone, U: Clone + Debug>(t: &T, u: &U) -> i32 {}

// 通过where改进
fn some_function<T, U>(t: &T, u: &U) -> i32
    where T: Display + Clone,
          U: Clone + Debug
{}

使用特征约束有条件地实现方法或特征

use std::fmt::Display;

struct Pair<T> {
    x: T,
    y: T,
}

impl<T> Pair<T> {
    fn new(x: T, y: T) -> Self {
        Self {
            x,
            y,
        }
    }
}

impl<T: Display + PartialOrd> Pair<T> {
    fn cmp_display(&self) {
        if self.x >= self.y {
            println!("The largest member is x = {}", self.x);
        } else {
            println!("The largest member is y = {}", self.y);
        }
    }
}

函数返回中的 impl Trait

fn returns_summarizable() -> impl Summary {
    Weibo {
        username: String::from("sunface"),
        content: String::from(
            "m1 max太厉害了,电脑再也不会卡",
        )
    }
}

但是这种返回值方式有一个很大的限制:只能有一个具体的类型,如果不同条件返回不同类型则不能编译成功。

修复largest函数

只加上PartialOrd还不够,必须加上限制实现Copy 特征,否则编译器抱怨会发生move

fn largest<T: PartialOrd + Copy>(list: &[T]) -> T {
    let mut largest = list[0];

    for &item in list.iter() {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }

    largest
}

不受Copy限制

fn largest<T>(list: &[T]) -> T {
    let mut largest = list[0];

    for &item in list.iter() {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }

    largest
}

fn largest<T: PartialOrd>(list: &[T]) -> &T {
    let mut largest_idx = 0;

    for i in 0..list.len() {
        if list[i] > list[largest_idx] {
            largest_idx = i;
        }
    }

    &list[largest_idx]
}

通过 derive 派生特征

派生特征:https://course.rs/appendix/derive.html

调用方法需要引入特征

// Rust 又提供了一个非常便利的办法,即把最常用的标准库中的特征通过 std::prelude 模块提前引入到当前作用域中,其中包括了 std::convert::TryInto
// 下面use也可以不用写
use std::convert::TryInto;

fn main() {
  let a: i32 = 10;
  let b: u16 = 100;

  let b_ = b.try_into()
            .unwrap();

  if a < b_ {
    println!("Ten is less than one hundred.");
  }
}

例子

自定义+操作

use std::ops::Add;

// 为Point结构体派生Debug特征,用于格式化输出
#[derive(Debug)]
struct Point<T: Add<T, Output = T>> { //限制类型T必须实现了Add特征,否则无法进行+操作。
    x: T,
    y: T,
}

impl<T: Add<T, Output = T>> Add for Point<T> {
    // Add Trait必须实现Output的类型
    type Output = Point<T>;

    fn add(self, p: Point<T>) -> Point<T> {
        Point{
            x: self.x + p.x,
            y: self.y + p.y,
        }
    }
}

fn add<T: Add<T, Output=T>>(a:T, b:T) -> T {
    a + b
}

fn main() {
    let p1 = Point{x: 1.1f32, y: 1.1f32};
    let p2 = Point{x: 2.1f32, y: 2.1f32};
    println!("{:?}", add(p1, p2));

    let p3 = Point{x: 1i32, y: 1i32};
    let p4 = Point{x: 2i32, y: 2i32};
    println!("{:?}", add(p3, p4));
}

自定义类型打印输出

#![allow(dead_code)]

use std::fmt;
use std::fmt::{Display};

#[derive(Debug,PartialEq)]
enum FileState {
  Open,
  Closed,
}

#[derive(Debug)]
struct File {
  name: String,
  data: Vec<u8>,
  state: FileState,
}

impl Display for FileState {
   fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
     match *self {
         FileState::Open => write!(f, "OPEN"),
         FileState::Closed => write!(f, "CLOSED"),
     }
   }
}

impl Display for File {
   fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
      write!(f, "<{} ({})>",
             self.name, self.state)
   }
}

impl File {
  fn new(name: &str) -> File {
    File {
        name: String::from(name),
        data: Vec::new(),
        state: FileState::Closed,
    }
  }
}

fn main() {
  let f6 = File::new("f6.txt");
  //...
  println!("{:?}", f6);
  println!("{}", f6);
}

实现Trait示例

struct Sheep { naked: bool, name: String }

impl Sheep {
    fn is_naked(&self) -> bool {
        self.naked
    }

    fn shear(&mut self) {
        if self.is_naked() {
            // `Sheep` 结构体上定义的方法可以调用 `Sheep` 所实现的特征的方法
            println!("{} is already naked...", self.name());
        } else {
            println!("{} gets a haircut!", self.name);

            self.naked = true;
        }
    }
}


trait Animal {
    // 关联函数签名;`Self` 指代实现者的类型
    // 例如我们在为 Pig 类型实现特征时,那 `new` 函数就会返回一个 `Pig` 类型的实例,这里的 `Self` 指代的就是 `Pig` 类型
    fn new(name: String) -> Self;

    // 方法签名
    fn name(&self) -> String;

    fn noise(&self) -> String;

    // 方法还能提供默认的定义实现
    fn talk(&self) {
        println!("{} says {}", self.name(), self.noise());
    }
}

impl Animal for Sheep {
    // `Self` 被替换成具体的实现者类型: `Sheep`
    fn new(name: String) -> Sheep {
        Sheep { name: name, naked: false }
    }

    fn name(&self) -> String {
        self.name.clone()
    }

    fn noise(&self) -> String {
        if self.is_naked() {
            "baaaaah?".to_string()
        } else {
            "baaaaah!".to_string()
        }
    }

    // 默认的特征方法可以被重写
    fn talk(&self) {
        println!("{} pauses briefly... {}", self.name, self.noise());
    }
}

fn main() {
    // 这里的类型注释时必须的
    let mut dolly: Sheep = Animal::new("Dolly".to_string());
    // TODO ^ 尝试去除类型注释,看看会发生什么

    // 或
    // let mut dolly = Sheep::new("Dolly".to_string());

    dolly.talk();
    dolly.shear();
    dolly.talk();
}

乘法

use std::ops::Mul;

// 实现 fn multiply 方法
// 如上所述,`+` 需要 `T` 类型实现 `std::ops::Add` 特征
// 那么, `*` 运算符需要实现什么特征呢? 你可以在这里找到答案: https://doc.rust-lang.org/core/ops/
fn multiply<T: Mul<T, Output = T>>(a:T, b:T) -> T {
    a * b
}

fn main() {
    assert_eq!(6, multiply(2u8, 3u8));
    assert_eq!(5.0, multiply(1.0, 5.0));

    println!("Success!")
}

自定义运算符(此例为了使用派生特征)

// 修复错误,不要修改 `main` 中的代码!
use std::ops;

struct Foo;
struct Bar;

#[derive(PartialEq,Debug)]
struct FooBar;
#[derive(PartialEq,Debug)]
struct BarFoo;

// 下面的代码实现了自定义类型的相加: Foo + Bar = FooBar
impl ops::Add<Bar> for Foo {
    type Output = FooBar;

    fn add(self, _rhs: Bar) -> FooBar {
        FooBar
    }
}

impl ops::Sub<Bar> for Foo {
    type Output = BarFoo;

    fn sub(self, _rhs: Bar) -> BarFoo {
        BarFoo
    }
}

fn main() {
    // 不要修改下面代码
    // 你需要为 FooBar 派生一些特征来让代码工作
    assert_eq!(Foo + Bar, FooBar);
    assert_eq!(Foo - Bar, BarFoo);

    println!("Success!")
}

使用特征作为函数参数

// implement `fn summary` to make the code work
// fix the errors without removing any code line
trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}

#[derive(Debug)]
struct Post {
    title: String,
    author: String,
    content: String,
}

impl Summary for Post {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("The author of post {} is {}", self.title, self.author)
    }
}

#[derive(Debug)]
struct Weibo {
    username: String,
    content: String,
}

impl Summary for Weibo {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{} published a weibo {}", self.username, self.content)
    }
}

fn main() {
    let post = Post {
        title: "Popular Rust".to_string(),
        author: "Sunface".to_string(),
        content: "Rust is awesome!".to_string(),
    };
    let weibo = Weibo {
        username: "sunface".to_string(),
        content: "Weibo seems to be worse than Tweet".to_string(),
    };

    summary(&post);
    summary(&weibo);

    println!("{:?}", post);
    println!("{:?}", weibo);
}

fn summary(t: &impl Summary) {
    let _ = t.summarize();
}

使用特征作为函数返回值

struct Sheep {}
struct Cow {}

trait Animal {
    fn noise(&self) -> String;
}

impl Animal for Sheep {
    fn noise(&self) -> String {
        "baaaaah!".to_string()
    }
}

impl Animal for Cow {
    fn noise(&self) -> String {
        "moooooo!".to_string()
    }
}

// Returns some struct that implements Animal, but we don't know which one at compile time.
// FIX the erros here, you can make a fake random, or you can use trait object
fn random_animal(random_number: f64) -> Box<dyn Animal> {
    if random_number < 0.5 {
        Box::new(Sheep {})
    } else {
        Box::new(Cow{})
    }
}

fn main() {
    let random_number = 0.234;
    let animal = random_animal(random_number);
    println!("You've randomly chosen an animal, and it says {}", animal.noise());
}

特征约束

// 填空
fn example1() {
    // `T: Trait` 是最常使用的方式
    // `T: Fn(u32) -> u32` 说明 `T` 只能接收闭包类型的参数
    struct Cacher<T: Fn(u32) -> u32> {
        calculation: T,
        value: Option<u32>,
    }

    impl<T: Fn(u32) -> u32> Cacher<T> {
        fn new(calculation: T) -> Cacher<T> {
            Cacher {
                calculation,
                value: None,
            }
        }

        fn value(&mut self, arg: u32) -> u32 {
            match self.value {
                Some(v) => v,
                None => {
                    let v = (self.calculation)(arg);
                    self.value = Some(v);
                    v
                },
            }
        }
    }

    let mut cacher = Cacher::new(|x| x+1);
    assert_eq!(cacher.value(10), 11);
    assert_eq!(cacher.value(15), 11);
}


fn example2() {
    // 还可以使用 `where` 来约束 T
    struct Cacher<T>
        where T: Fn(u32) -> u32,
    {
        calculation: T,
        value: Option<u32>,
    }

    impl<T> Cacher<T>
        where T: Fn(u32) -> u32,
    {
        fn new(calculation: T) -> Cacher<T> {
            Cacher {
                calculation,
                value: None,
            }
        }

        fn value(&mut self, arg: u32) -> u32 {
            match self.value {
                Some(v) => v,
                None => {
                    let v = (self.calculation)(arg);
                    self.value = Some(v);
                    v
                },
            }
        }
    }

    let mut cacher = Cacher::new(|x| x+1);
    assert_eq!(cacher.value(20), 21);
    assert_eq!(cacher.value(25), 21);
}



fn main() {
    example1();
    example2();

    println!("Success!")
}

Rust 总结:泛型

泛型

fn add<T: std::ops::Add<Output = T>>(a:T, b:T) -> T {
    a + b
}

fn main() {
    println!("add i8: {}", add(2i8, 3i8));
    println!("add i32: {}", add(20, 30));
    println!("add f64: {}", add(1.23, 1.23));
}
fn largest<T: PartialOrd>(list: &[T]) -> &T {
    let mut largest = &list[0];

    for item in list.iter() {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }

    largest
}

// or

fn largest<T: PartialOrd>(list: &[T]) -> &T {
    let mut largest_idx = 0_usize;
    
    for i in 0..list.len() {
        if list[i] > list[largest_idx] {
            largest_idx = i;
        }
    }

    &list[largest_idx]
}

fn main() {
    let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];

    let result = largest(&number_list);
    println!("The largest number is {}", result);

    let char_list = vec!['y', 'm', 'a', 'q'];

    let result = largest(&char_list);
    println!("The largest char is {}", result);
}

结构体中的泛型

struct Point<T,U> {
    x: T,
    y: U,
}
fn main() {
    let p = Point{x: 1, y :1.1};
}

枚举中使用泛型

enum Option<T> {
    Some(T),
    None,
}

enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}

方法中使用泛型

struct Point<T> {
    x: T,
    y: T,
}

impl<T> Point<T> {
    fn x(&self) -> &T {
        &self.x
    }
}

fn main() {
    let p = Point { x: 5, y: 10 };

    println!("p.x = {}", p.x());
}

需要注意的是,这里的 Point<T> 不再是泛型声明,而是一个完整的结构体类型,因为我们定义的结构体就是 Point<T> 而不再是 Point

除了结构体中的泛型参数,我们还能在该结构体的方法中定义额外的泛型参数,就跟泛型函数一样

struct Point<T, U> {
    x: T,
    y: U,
}

impl<T, U> Point<T, U> {
    fn mixup<V, W>(self, other: Point<V, W>) -> Point<T, W> {
        Point {
            x: self.x,
            y: other.y,
        }
    }
}

fn main() {
    let p1 = Point { x: 5, y: 10.4 };
    let p2 = Point { x: "Hello", y: 'c'};

    let p3 = p1.mixup(p2);

    println!("p3.x = {}, p3.y = {}", p3.x, p3.y);
}

为具体的泛型类型实现方法

impl Point<f32> {
    fn distance_from_origin(&self) -> f32 {
        (self.x.powi(2) + self.y.powi(2)).sqrt()
    }
}

const 泛型

const N: usize,表示 const 泛型 N

fn display_array<T: std::fmt::Debug, const N: usize>(arr: [T; N]) {
    println!("{:?}", arr);
}
fn main() {
    let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
    display_array(arr);

    let arr: [i32; 2] = [1, 2];
    display_array(arr);
}

const 泛型表达式

// 目前只能在nightly版本下使用
#![allow(incomplete_features)]
#![feature(generic_const_exprs)]

fn something<T>(val: T)
where
    Assert<{ core::mem::size_of::<T>() < 768 }>: IsTrue,
    //       ^-----------------------------^ 这里是一个 const 表达式,换成其它的 const 表达式也可以
{
    //
}

fn main() {
    something([0u8; 0]); // ok
    something([0u8; 512]); // ok
    something([0u8; 1024]); // 编译错误,数组长度是1024字节,超过了768字节的参数长度限制
}

// ---

pub enum Assert<const CHECK: bool> {
    //
}

pub trait IsTrue {
    //
}

impl IsTrue for Assert<true> {
    //
}

目前,const 泛型参数只能使用以下形式的实参:

  • 一个单独的 const 泛型参数
  • 一个字面量 (i.e. 整数, 布尔值或字符).
  • 一个具体的 const 表达式( 表达式中不能包含任何 泛型参数)
fn foo<const N: usize>() {}

fn bar<T, const M: usize>() {
    foo::<M>(); // ok: 符合第一种
    foo::<2021>(); // ok: 符合第二种
    foo::<{20 * 100 + 20 * 10 + 1}>(); // ok: 符合第三种

    foo::<{ M + 1 }>(); // error: 违背第三种,const 表达式中不能有泛型参数 M
    foo::<{ std::mem::size_of::<T>() }>(); // error: 泛型表达式包含了泛型参数 T

    let _: [u8; M]; // ok: 符合第一种
    let _: [u8; std::mem::size_of::<T>()]; // error: 泛型表达式包含了泛型参数 T
}

fn main() {}

const 泛型还能帮我们避免一些运行时检查,提升性能

pub struct MinSlice<T, const N: usize> {
    pub head: [T; N],
    pub tail: [T],
}

fn main() {
    let slice: &[u8] = b"Hello, world";
    let reference: Option<&u8> = slice.get(6);
    // 我们知道 `.get` 返回的是 `Some(b' ')`
    // 但编译器不知道
    assert!(reference.is_some());

    let slice: &[u8] = b"Hello, world";

    // 当编译构建 MinSlice 时会进行长度检查,也就是在编译期我们就知道它的长度是 12
    // 在运行期,一旦 `unwrap` 成功,在 `MinSlice` 的作用域内,就再无需任何检查
    let minslice = MinSlice::<u8, 12>::from_slice(slice).unwrap();
    let value: u8 = minslice.head[6];
    assert_eq!(value, b' ')
}

<T, const N: usize> 是结构体类型的一部分,和数组类型一样,这意味着长度不同会导致类型不同: Array<i32, 3> 和 Array<i32, 4> 是不同的类型

struct Array<T, const N: usize> {
    data : [T; N]
}

fn main() {
    // 数组里每个元素的类型需要一致
    let arrays = [
        Array{
            data: [1, 2, 3],
        },
        Array {
            data: [1, 2, 3],
        },
        Array {
            data: [1, 2, 4]
        }
    ];
}
fn print_array<T: std::fmt::Debug, const N: usize>(arr: [T; N]) {
    println!("{:?}", arr);
}
fn main() {
    let arr = [1, 2, 3];
    print_array(arr);

    let arr = ["hello", "world"];
    print_array(arr);
}
#![allow(incomplete_features)]
#![feature(generic_const_exprs)]

fn check_size<T>(val: T)
where
    Assert<{ core::mem::size_of::<T>() < 768 }>: IsTrue,
{
    //...
}

// fix the errors in main
fn main() {
    check_size([0u8; 767]);
    check_size([0i32; 191]);
    // &str切片长度为16
    check_size(["hello你好"; 47]); // &str is a string reference, containing a pointer and string length in it, so it takes two word long, in x86-64, 1 word = 8 bytes
    check_size([(); 31].map(|_| "hello你好".to_string()));  // String is a smart pointer struct, it has three fields: pointer, length and capacity, each takes 8 bytes
    // String长度为24
    check_size(['中'; 191]); // A char takes 4 bytes in Rust
}



pub enum Assert<const CHECK: bool> {}

pub trait IsTrue {}

impl IsTrue for Assert<true> {}

Rust 总结:方法

原文:https://course.rs/basic/method.html

定义方式

struct Circle {
    x: f64,
    y: f64,
    radius: f64,
}

impl Circle {
    // new是Circle的关联函数,因为它的第一个参数不是self,且new并不是关键字
    // 这种方法往往用于初始化当前结构体的实例
    fn new(x: f64, y: f64, radius: f64) -> Circle {
        Circle {
            x: x,
            y: y,
            radius: radius,
        }
    }

    // Circle的方法,&self表示借用当前的Circle结构体
    fn area(&self) -> f64 {
        std::f64::consts::PI * (self.radius * self.radius)
    }
}
#[derive(Debug)]
struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}

impl Rectangle {
    // 我们使用 &self 替代 rectangle: &Rectangle,&self 其实是 self: &Self 的简写(注意大小写)
    fn area(&self) -> u32 {
        self.width * self.height
    }
}

fn main() {
    let rect1 = Rectangle { width: 30, height: 50 };

    println!(
        "The area of the rectangle is {} square pixels.",
        rect1.area()
    );
}

self、&self 和 &mut self

self 依然有所有权的概念:

  • self 表示 Rectangle 的所有权转移到该方法中,这种形式用的较少
  • &self 表示该方法对 Rectangle 的不可变借用
  • &mut self 表示可变借用

方法名可以跟结构体字段名相同

在 Rust 中,允许方法名跟结构体的字段名相同:

impl Rectangle {
    fn width(&self) -> bool {
        self.width > 0
    }
}

fn main() {
    let rect1 = Rectangle {
        width: 30,
        height: 50,
    };

    if rect1.width() {
        println!("The rectangle has a nonzero width; it is {}", rect1.width);
    }
}

一般来说,方法跟字段同名,往往适用于实现 getter 访问器,例如:

pub struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}

impl Rectangle {
    pub fn new(width: u32, height: u32) -> Self {
        Rectangle { width, height }
    }
    pub fn width(&self) -> u32 {
        return self.width;
    }
}

fn main() {
    let rect1 = Rectangle::new(30, 50);

    println!("{}", rect1.width());
}

我们可以把 Rectangle 的字段设置为私有属性,只需把它的 new 和 width 方法设置为公开可见。

当使用 object.something() 调用方法时,Rust 会自动为 object 添加 &、&mut 或 * 以便使 object 与方法签名匹配。也就是说,这些代码是等价的:

p1.distance(&p2);
(&p1).distance(&p2);

带有多个参数的方法

impl Rectangle {
    fn area(&self) -> u32 {
        self.width * self.height
    }

    fn can_hold(&self, other: &Rectangle) -> bool {
        self.width > other.width && self.height > other.height
    }
}

fn main() {
    let rect1 = Rectangle { width: 30, height: 50 };
    let rect2 = Rectangle { width: 10, height: 40 };
    let rect3 = Rectangle { width: 60, height: 45 };

    println!("Can rect1 hold rect2? {}", rect1.can_hold(&rect2));
    println!("Can rect1 hold rect3? {}", rect1.can_hold(&rect3));
}

关联函数

定义在 impl 中且没有 self 的函数被称之为关联函数,相当于其他语言中的static方法。

impl Rectangle {
    fn new(w: u32, h: u32) -> Self {
        Rectangle { width: w, height: h }
    }
}

Rust 中有一个约定俗成的规则,使用 new 来作为构造器的名称,出于设计上的考虑,Rust 特地没有用 new 作为关键字

因为是函数,所以不能用 . 的方式来调用,我们需要用 :: 来调用

多个 impl 定义

impl Rectangle {
    fn area(&self) -> u32 {
        self.width * self.height
    }
}

impl Rectangle {
    fn can_hold(&self, other: &Rectangle) -> bool {
        self.width > other.width && self.height > other.height
    }
}

为枚举实现方法

#[derive(Debug)]
enum TrafficLightColor {
    Red,
    Yellow,
    Green,
}

// 为 TrafficLightColor 实现所需的方法
impl TrafficLightColor {
    fn color(&self) -> &str {
        match self {
            Self::Yellow => "yellow",
            _ => ""
        }
    }
}

fn main() {
    let c = TrafficLightColor::Yellow;

    assert_eq!(c.color(), "yellow");

    println!("{:?}",c);
}

注意,assert_eq! 的两个参数 String&str 可以互相比较。

Rust 总结:全模式列举

原文:https://course.rs/basic/match-pattern/all-patterns.html

匹配字面值

let x = 1;

match x {
    1 => println!("one"),
    2 => println!("two"),
    3 => println!("three"),
    _ => println!("anything"),
}

匹配命名变量

fn main() {
    let x = Some(5);
    let y = 10;

    match x {
        Some(50) => println!("Got 50"),
        Some(y) => println!("Matched, y = {:?}", y),
        _ => println!("Default case, x = {:?}", x),
    }

    println!("at the end: x = {:?}, y = {:?}", x, y);
}

单分支多模式

let x = 1;

match x {
    1 | 2 => println!("one or two"),
    3 => println!("three"),
    _ => println!("anything"),
}

通过序列 ..= 匹配值的范围

let x = 5;

match x {
    1..=5 => println!("one through five"),
    _ => println!("something else"),
}
let x = 'c';

match x {
    'a'..='j' => println!("early ASCII letter"),
    'k'..='z' => println!("late ASCII letter"),
    _ => println!("something else"),
}
fn main() {
    match_number(3);
}
fn match_number(n: i32) {
    match n {
        // 匹配一个单独的值
        1 => println!("One!"),
        // 使用 `|` 填空,不要使用 `..` 或 `..=`
        2..=3| 4 | 5 => println!("match 2 -> 5"),
        // 匹配一个闭区间的数值序列
        6..=10 => {
            println!("match 6 -> 10")
        },
        _ => {
            println!("match 11 -> +infinite")
        }
    }
}

解构并分解值

解构结构体

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

fn main() {
    let p = Point { x: 0, y: 7 };

    let Point { x: a, y: b } = p;
    assert_eq!(0, a);
    assert_eq!(7, b);
}
fn main() {
    let p = Point { x: 0, y: 7 };

    match p {
        Point { x, y: 0 } => println!("On the x axis at {}", x),
        Point { x: 0, y } => println!("On the y axis at {}", y),
        Point { x, y } => println!("On neither axis: ({}, {})", x, y),
    }
}

解构枚举

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

fn main() {
    let msg = Message::ChangeColor(0, 160, 255);

    match msg {
        Message::Quit => {
            println!("The Quit variant has no data to destructure.")
        }
        Message::Move { x, y } => {
            println!(
                "Move in the x direction {} and in the y direction {}",
                x,
                y
            );
        }
        Message::Write(text) => println!("Text message: {}", text),
        Message::ChangeColor(r, g, b) => {
            println!(
                "Change the color to red {}, green {}, and blue {}",
                r,
                g,
                b
            )
        }
    }
}

解构嵌套的结构体和枚举

enum Color {
   Rgb(i32, i32, i32),
   Hsv(i32, i32, i32),
}

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

fn main() {
    let msg = Message::ChangeColor(Color::Hsv(0, 160, 255));

    match msg {
        Message::ChangeColor(Color::Rgb(r, g, b)) => {
            println!(
                "Change the color to red {}, green {}, and blue {}",
                r,
                g,
                b
            )
        }
        Message::ChangeColor(Color::Hsv(h, s, v)) => {
            println!(
                "Change the color to hue {}, saturation {}, and value {}",
                h,
                s,
                v
            )
        }
        _ => ()
    }
}

解构结构体和元组

#![allow(unused)]
fn main() {
struct Point {
     x: i32,
     y: i32,
 }

let ((feet, inches), Point {x, y}) = ((3, 10), Point { x: 3, y: -10 });
}

忽略模式中的值

使用 _ 忽略整个值

fn foo(_: i32, y: i32) {
    println!("This code only uses the y parameter: {}", y);
}

fn main() {
    foo(3, 4);
}

使用嵌套的 _ 忽略部分值

#![allow(unused)]
fn main() {
let mut setting_value = Some(5);
let new_setting_value = Some(10);

match (setting_value, new_setting_value) {
    (Some(_), Some(_)) => {
        println!("Can't overwrite an existing customized value");
    }
    _ => {
        setting_value = new_setting_value;
    }
}

println!("setting is {:?}", setting_value);
}
let numbers = (2, 4, 8, 16, 32);

match numbers {
    (first, _, third, _, fifth) => {
        println!("Some numbers: {}, {}, {}", first, third, fifth)
    },
}

用 .. 忽略剩余值

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

let origin = Point { x: 0, y: 0, z: 0 };

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

用 .. 来忽略元组中间的某些值

fn main() {
    let numbers = (2, 4, 8, 16, 32);

    match numbers {
        (first, .., last) => {
            println!("Some numbers: {}, {}", first, last);
        },
    }
}

匹配守卫提供的额外条件

let num = Some(4);

match num {
    Some(x) if x < 5 => println!("less than five: {}", x),
    Some(x) => println!("{}", x),
    None => (),
}
fn main() {
    let x = Some(5);
    let y = 10;

    match x {
        Some(50) => println!("Got 50"),
        Some(n) if n == y => println!("Matched, n = {}", n),
        _ => println!("Default case, x = {:?}", x),
    }

    println!("at the end: x = {:?}, y = {}", x, y);
}
let x = 4;
let y = false;

match x {
    4 | 5 | 6 if y => println!("yes"),
    _ => println!("no"),
}

@绑定

#![allow(unused)]
fn main() {
enum Message {
    Hello { id: i32 },
}

let msg = Message::Hello { id: 5 };

match msg {
    Message::Hello { id: id_variable @ 3..=7 } => {
        println!("Found an id in range: {}", id_variable)
    },
    Message::Hello { id: 10..=12 } => {
        println!("Found an id in another range")
    },
    Message::Hello { id } => {
        println!("Found some other id: {}", id)
    },
}
}

@前绑定后解构(Rust 1.56 新增)

#[derive(Debug)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    // 绑定新变量 `p`,同时对 `Point` 进行解构
    let p @ Point {x: px, y: py } = Point {x: 10, y: 23};
    println!("x: {}, y: {}", px, py);
    println!("{:?}", p);


    let point = Point {x: 10, y: 5};
    if let p @ Point {x: 10, y} = point {
        println!("x is 10 and y is {} in {:?}", y, p);
    } else {
        println!("x was not 10 :(");
    }
}
fn main() {
    match 1 {
        num @ (1 | 2) => {
            println!("{}", num);
        }
        _ => {}
    }
}
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    // 填空,让 p 匹配第二个分支
    let p = Point { x: 5, y: 10 };

    match p {
        Point { x, y: 0 } => println!("On the x axis at {}", x),
        // 第二个分支
        Point { x: 0..=5, y: y@ (10 | 20 | 30) } => println!("On the y axis at {}", y),
        Point { x, y } => println!("On neither axis: ({}, {})", x, y),
    }
}
fn main() {
    let mut v = String::from("hello,");
    let r = &mut v;

    match r {
        // The type of value is &mut String
       value => value.push_str(" world!")
    }
}

Rust 总结:模式匹配 match和if let

原文:https://course.rs/basic/match-pattern/match-if-let.html

模式匹配

enum Direction {
    East,
    West,
    North,
    South,
}

fn main() {
    let dire = Direction::South;
    match dire {
        Direction::East => println!("East"),
        Direction::North | Direction::South => {
            println!("South or North");
        },
        _ => println!("West"),
    };
}
  • match 的匹配必须要穷举出所有可能,因此这里用 _ 来代表未列出的所有可能性
  • match 的每一个分支都必须是一个表达式,且所有分支的表达式最终返回值的类型必须相同
  • X | Y,类似逻辑运算符 或,代表该分支可以匹配 X 也可以匹配 Y,只要满足一个即可
match target {
    模式1 => 表达式1,
    模式2 => {
        语句1;
        语句2;
        表达式2
    },
    _ => 表达式3
}

模式绑定

enum Action {
    Say(String),
    MoveTo(i32, i32),
    ChangeColorRGB(u16, u16, u16),
}

fn main() {
    let actions = [
        Action::Say("Hello Rust".to_string()),
        Action::MoveTo(1,2),
        Action::ChangeColorRGB(255,255,0),
    ];
    for action in actions {
        match action {
            Action::Say(s) => {
                println!("{}", s);
            },
            Action::MoveTo(x, y) => {
                println!("point from (0, 0) move to ({}, {})", x, y);
            },
            Action::ChangeColorRGB(r, g, _) => {
                println!("change color into '(r:{}, g:{}, b:0)', 'b' has been ignored",
                    r, g,
                );
            }
        }
    }
}

if let 匹配

当你只要匹配一个条件,且忽略其他条件时就用 if let ,否则都用 match

if let PATTERN = SOME_VALUE {

}
let v = Some(3u8);
match v {
    Some(3) => println!("three"),
    _ => (),
}

// --->

if let Some(3) = v {
    println!("three");
}

while let条件循环

#![allow(unused)]
fn main() {
  // Vec是动态数组
  let mut stack = Vec::new();

  // 向数组尾部插入元素
  stack.push(1);
  stack.push(2);
  stack.push(3);

  // stack.pop从数组尾部弹出元素
  while let Some(top) = stack.pop() {
      println!("{}", top);
  }
}

matches!宏

Rust 标准库中提供了一个非常实用的宏:matches!,它可以将一个表达式跟模式进行匹配,然后返回匹配的结果 true or false

enum MyEnum {
    Foo,
    Bar
}

fn main() {
    let v = vec![MyEnum::Foo,MyEnum::Bar,MyEnum::Foo];

    // 错误
    //v.iter().filter(|x| x == MyEnum::Foo);
    v.iter().filter(|x| matches!(x, MyEnum::Foo));

    // 更多例子
    let foo = 'f';
    assert!(matches!(foo, 'A'..='Z' | 'a'..='z'));

    let bar = Some(4);
    assert!(matches!(bar, Some(x) if x > 2));
}

变量覆盖

fn main() {
   let age = Some(30);
   println!("在匹配前,age是{:?}",age);
   if let Some(age) = age {
       println!("匹配出来的age是{}",age);
   }

   println!("在匹配后,age是{:?}",age);
}

注意,match 中的变量覆盖其实不是那么的容易看出,因此要小心!

Rust 总结:流程控制

原文:https://course.rs/basic/flow-control.html

if

  • if 语句块是表达式
  • 用 if 来赋值时,如果返回类型不一致就会报错
let mut v = 0;
for i in 1..10 {
    v = if i == 9 {
        continue // 没有返回值
    } else {
        i
    }
}
println!("{}", v);

for

注意,使用 for 时我们往往使用集合的引用形式,除非你不想在后面的代码中继续使用该集合(比如我们这里使用了 container 的引用)。如果不使用引用的话,所有权会被转移(move)到 for 语句块中,后面就无法再使用这个集合了):

for item in &container {
  // ...
}

对于实现了 copy 特征的数组(例如 [i32; 10] )而言, for item in arr 并不会把 arr 的所有权转移,而是直接对其进行了拷贝,因此循环之后仍然可以使用 arr 。

如果想在循环中,修改该元素,可以使用 mut 关键字:

for item in &mut collection {
  // ...
}
使用方法等价使用方式所有权
for item in collectionfor item in IntoIterator::into_iter(collection)转移所有
for item in &collectionfor item in collection.iter()不可变借用
for item in &mut collectionfor item in collection.iter_mut()可变借用

如果想在循环中获取元素的索引使用iter().enumerate()

fn main() {
    let a = [4, 3, 2, 1];
    // `.iter()` 方法把 `a` 数组变成一个迭代器
    for (i, v) in a.iter().enumerate() {
        println!("第{}个元素是{}", i + 1, v);
    }
}

两种循环方式优劣对比

以下代码,使用了两种循环方式:

// 第一种
let collection = [1, 2, 3, 4, 5];
for i in 0..collection.len() {
  let item = collection[i];
  // ...
}

// 第二种
for item in collection {

}
  • 性能:第一种使用方式中 collection[index] 的索引访问,会因为边界检查(Bounds Checking)导致运行时的性能损耗 —— Rust 会检查并确认 index 是否落在集合内,但是第二种直接迭代的方式就不会触发这种检查,因为编译器会在编译时就完成分析并证明这种访问是合法的
  • 安全:第一种方式里对 collection 的索引访问是非连续的,存在一定可能性在两次访问之间,collection 发生了变化,导致脏数据产生。而第二种直接迭代的方式是连续访问,因此不存在这种风险(这里是因为所有权吗?是的话可能要强调一下)

while

while和for对比

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

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

        index = index + 1;
    }
}
fn main() {
    let a = [10, 20, 30, 40, 50];

    for element in a.iter() {
        println!("the value is: {}", element);
    }
}

for 并不会使用索引去访问数组,因此更安全也更简洁,同时避免 运行时的边界检查,性能更高。

loop

fn main() {
    let mut counter = 0;

    let result = loop {
        counter += 1;

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

    println!("The result is {}", result);
}
  • break 可以单独使用,也可以带一个返回值,有些类似 return
  • loop 是一个表达式,因此可以返回一个值