教程文檔【免費下載鏈接】bookThe Rust Programming Language項目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/bo/book點擊查看免費下載結(jié)構(gòu)體struct是 Rust 中用于把多個相關(guān)聯(lián)的值打包成一個有意義整體、并給每個部分命名的自定義數(shù)據(jù)類型。本文基于《The Rust Programming Language》本項目倉庫中的 book 開源書籍第 5 章內(nèi)容系統(tǒng)講解結(jié)構(gòu)體的定義與實例化、字段初始化簡寫、結(jié)構(gòu)體更新語法、元組結(jié)構(gòu)體、類單元結(jié)構(gòu)體、派生 traitDebug、方法method與關(guān)聯(lián)函數(shù)associated function并輔以倉庫中的可運行代碼清單listings/ch05-using-structs-to-structure-related-data/作為實操佐證。讀完本文你將掌握如何在 Rust 中創(chuàng)建自定義類型、通過impl塊為其綁定行為并能夠理解結(jié)構(gòu)體在所有權(quán)與借用體系下的正確用法。結(jié)構(gòu)體與元組的對比為什么需要結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體與元組tuple類似都可以容納多個不同類型的相關(guān)值。但二者的關(guān)鍵區(qū)別在于元組的元素沒有名字只能依賴位置索引如dimensions.0、dimensions.1來訪問而結(jié)構(gòu)體為每一塊數(shù)據(jù)都命名稱為字段 field訪問時無需關(guān)心聲明順序代碼語義一目了然。也就是說結(jié)構(gòu)體定義相當于類型的一份通用模板而實例instance則是用具體數(shù)據(jù)填充該模板后得到的類型值。定義與實例化結(jié)構(gòu)體定義結(jié)構(gòu)體使用struct關(guān)鍵字結(jié)構(gòu)體名稱應(yīng)能概括被組合數(shù)據(jù)的含義隨后在大括號內(nèi)聲明各字段的名稱與類型。以倉庫中 listing-05-01/src/main.rs 的User結(jié)構(gòu)體為例struct User { active: bool, username: String, email: String, sign_in_count: u64, }創(chuàng)建實例創(chuàng)建實例時寫出結(jié)構(gòu)體名后跟包含key: value鍵值對的大括號。字段無需按聲明順序書寫fn main() { let user1 User { active: true, username: String::from(someusername123), email: String::from(someoneexample.com), sign_in_count: 1, }; }訪問與修改字段使用點號dot notation訪問字段例如user1.email。若實例可變let mut還可以用點號配合賦值修改某個字段fn main() { let mut user1 User { active: true, username: String::from(someusername123), email: String::from(someoneexample.com), sign_in_count: 1, }; user1.email String::from(anotheremailexample.com); }注意整個實例必須可變Rust 不允許只把個別字段標記為可變。另外與任何表達式一樣可以把新建實例作為函數(shù)體的最后一個表達式來隱式返回該實例。字段初始化簡寫Field Init Shorthand當函數(shù)參數(shù)名與結(jié)構(gòu)體字段名完全一致時可以直接寫字段名而不必重復(fù)字段: 參數(shù)的形式fn build_user(email: String, username: String) - User { User { active: true, username, email, sign_in_count: 1, } }這里username與email參數(shù)名和字段名相同因此只需寫username、email即可行為與username: username、email: email完全一致。結(jié)構(gòu)體更新語法Struct Update Syntax當需要基于某個已有實例創(chuàng)建新實例、僅改動部分字段時可以用..語法把其余字段從給定實例中補齊。..user1必須放在最后但其余字段可以任意順序、任意數(shù)量地顯式指定fn main() { // --snip-- let user2 User { email: String::from(anotherexample.com), ..user1 }; }值得特別強調(diào)的是結(jié)構(gòu)體更新語法使用類似賦值本質(zhì)上是*移動move*數(shù)據(jù)。在上例中user1的username字段一個String被移動進了user2因此創(chuàng)建user2之后不能再使用user1的該字段。如果user2的email和username都使用全新的String只從user1借用active與sign_in_count二者均實現(xiàn)了Copytrait那么user1在創(chuàng)建user2后依然有效此例中user1.email也仍可使用因為它的值沒有被移走。元組結(jié)構(gòu)體Tuple Structs元組結(jié)構(gòu)體擁有結(jié)構(gòu)體名稱帶來的類型含義但字段沒有名字只有類型。當不想為每個字段命名、又要讓整個元組成為獨立類型時非常有用struct Color(i32, i32, i32); struct Point(i32, i32, i32); fn main() { let black Color(0, 0, 0); let origin Point(0, 0, 0); }關(guān)鍵點black與origin是不同類型——每個struct定義都是獨立類型即使內(nèi)部字段類型完全相同比如都是三個i32接受Color的函數(shù)也不能接收Point。與元組類似元組結(jié)構(gòu)體可以解構(gòu)為各個部分也可以用.加索引訪問單個值但與元組不同的是解構(gòu)時必須寫出結(jié)構(gòu)體類型名例如let Point(x, y, z) origin;。類單元結(jié)構(gòu)體Unit-Like Structs不含任何字段的結(jié)構(gòu)體稱為類單元結(jié)構(gòu)體行為類似()單元類型。當需要在某個類型上實現(xiàn) trait 而又無需存儲數(shù)據(jù)時例如測試中需要永遠相等的已知結(jié)果類型可以用它struct AlwaysEqual; fn main() { let subject AlwaysEqual; }定義時只需struct關(guān)鍵字、名稱和分號實例化同樣不需要大括號或圓括號。倉庫中的 no-listing-04-unit-like-structs/src/main.rs 可直接運行驗證。結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)所有權(quán)為什么用 String 而不是 str在User定義中使用擁有所有權(quán)的String而非字符串切片str是有意為之我們希望每個實例擁有自己的全部數(shù)據(jù)并且數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)體存續(xù)期間始終有效。如果試圖在結(jié)構(gòu)體中存放引用而不標注生命周期編譯會失敗。倉庫中的 no-listing-02-reference-in-struct/src/main.rs 展示了這段無法編譯的代碼struct User { active: bool, username: str, email: str, sign_in_count: u64, }對應(yīng)的編譯錯誤記錄在 no-listing-02-reference-in-struct/output.txt 中error[E0106]: missing lifetime specifier -- src/main.rs:3:15 | 3 | username: str, | ^ expected named lifetime parameter編譯器會提示引入具名生命周期參數(shù)例如struct Usera配合username: a str。生命周期確保被引用的數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)體本身存活時間一致相關(guān)內(nèi)容將在本書第 10 章深入講解在此之前遇到此類報錯時用String等擁有類型替代str引用即可。實戰(zhàn)案例用結(jié)構(gòu)體重構(gòu)矩形面積程序為了理解何時該用結(jié)構(gòu)體我們以計算矩形面積為例從裸變量逐步重構(gòu)到結(jié)構(gòu)體與方法的完整形態(tài)。先用 Cargo 新建名為rectangles的二進制項目并在src/main.rs中編寫代碼。第一階段兩個獨立變量fn main() { let width1 30; let height1 50; println!( The area of the rectangle is {} square pixels., area(width1, height1) ); } fn area(width: u32, height: u32) - u32 { width * height }運行cargo run輸出The area of the rectangle is 1500 square pixels.。問題在于area函數(shù)有兩個參數(shù)程序中沒有任何地方表明這兩個參數(shù)是關(guān)聯(lián)的可讀性差。第二階段用元組重構(gòu)fn main() { let rect1 (30, 50); println!( The area of the rectangle is {} square pixels., area(rect1) ); } fn area(dimensions: (u32, u32)) - u32 { dimensions.0 * dimensions.1 }元組讓參數(shù)個數(shù)變成一個但元素沒有名字必須記住width是索引0、height是索引1。對面積計算影響不大但若要在屏幕上繪制矩形混用寬高就很容易出錯——代碼沒有傳達數(shù)據(jù)含義。第三階段用結(jié)構(gòu)體重構(gòu)struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let rect1 Rectangle { width: 30, height: 50, }; println!( The area of the rectangle is {} square pixels., area(rect1) ); } fn area(rectangle: Rectangle) - u32 { rectangle.width * rectangle.height }這里area接收的是Rectangle——對結(jié)構(gòu)體的不可變借用借用的原理詳見第 4 章這樣main保留所有權(quán)之后仍可使用rect1。訪問被借用結(jié)構(gòu)體的字段并不會移動字段值這也是借用結(jié)構(gòu)體在代碼中常見的原因。函數(shù)簽名現(xiàn)在精確表達了語義計算一個Rectangle的面積。完整的可運行代碼見 listing-05-10/src/main.rs。用派生 trait 添加功能Debug 與 dbg!調(diào)試時往往希望打印出結(jié)構(gòu)體實例及其所有字段值但直接println!(rect1 is {rect1})會編譯失敗error[E0277]: Rectangle doesnt implement std::fmt::Displayprintln!的{}占位符默認使用Display格式面向終端用戶的輸出?；绢愋椭挥幸环N直觀展示方式故默認實現(xiàn)Display而結(jié)構(gòu)體的展示方式存在多種可能是否帶逗號、是否帶大括號、展示哪些字段Rust 不做猜測因此結(jié)構(gòu)體沒有內(nèi)置Display實現(xiàn)。編譯器會給出提示可以改用{:?}或{:#?}。把打印語句改為println!(rect1 is {rect1:?})后又會出現(xiàn)error[E0277]: Rectangle doesnt implement Debug help: the trait Debug is not implemented for Rectangle note: add #[derive(Debug)] to Rectangle or manually impl Debug for RectangleDebug格式面向開發(fā)者調(diào)試。Rust 內(nèi)置了打印調(diào)試信息的能力但需要顯式開啟——在結(jié)構(gòu)體定義前添加外部屬性#[derive(Debug)]#[derive(Debug)] struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let rect1 Rectangle { width: 30, height: 50, }; println!(rect1 is {rect1:?}); }運行后輸出rect1 is Rectangle { width: 30, height: 50 }當結(jié)構(gòu)體字段較多時用{:#?}pretty-print可獲得更易讀的多行輸出rect1 is Rectangle { width: 30, height: 50, }使用 dbg! 宏另一種以Debug格式打印的方式是dbg!宏。與println!接收引用、輸出到 stdout不同dbg!會取得表達式所有權(quán)打印宏調(diào)用所在的文件與行號及表達式的值然后把所有權(quán)交還且輸出到標準錯誤流stderrstderr與stdout的區(qū)別在本書第 12 章講解。倉庫中的 no-listing-05-dbg-macro/src/main.rs 是完整示例#[derive(Debug)] struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let scale 2; let rect1 Rectangle { width: dbg!(30 * scale), height: 50, }; dbg!(rect1); }運行輸出[src/main.rs:10:16] 30 * scale 60 [src/main.rs:14:5] rect1 Rectangle { width: 60, height: 50, }因為dbg!會返回表達式值width字段正常獲得60對rect1則傳入引用避免宏拿走所有權(quán)。除Debug外derive屬性還支持若干其他 trait完整列表見附錄 C自定義實現(xiàn)與自定義 trait 的寫法在第 10 章介紹。方法Method方法method與函數(shù)類似用fn聲明、有參數(shù)與返回值、包含可執(zhí)行代碼。區(qū)別在于方法定義在結(jié)構(gòu)體或枚舉、trait 對象的上下文中且第一個參數(shù)永遠是self代表調(diào)用該方法的結(jié)構(gòu)體實例。方法語法與 impl 塊將area函數(shù)改造成Rectangle的方法需要使用implimplementation塊#[derive(Debug)] struct Rectangle { width: u32, height: u32, } impl Rectangle { 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() ); }在impl Rectangle塊內(nèi)的所有內(nèi)容都與Rectangle類型相關(guān)聯(lián)。調(diào)用時使用方法語法實例后加點號、方法名、圓括號與參數(shù)rect1.area()。self是self: Self的簡寫——在impl塊中Self是當前類型的別名。方法第一個參數(shù)必須是類型為Self、名為self的參數(shù)Rust 允許只用self簡寫前面的表示借用方式。方法可以取得self所有權(quán)、不可變借用self本例如是或可變借用mut self。若方法需要改寫實例本身就用mut self直接以self取得所有權(quán)較為少見通常用于把self變換成別的類型、并阻止調(diào)用方繼續(xù)使用原實例的場景。完整代碼見 listing-05-13/src/main.rs。使用方法而非函數(shù)的主要理由是組織性把某個類型實例能做的所有事情集中在同一impl塊內(nèi)使用者無需在代碼各處尋找該類型的能力。方法名與字段同名getter方法可以刻意與字段同名。Rust 根據(jù)是否帶圓括號區(qū)分二者rect1.width()調(diào)用方法rect1.width訪問字段。倉庫中的 no-listing-06-method-field-interaction/src/main.rs 展示了這種寫法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); } }這種只返回字段值、不做其他事情的方法稱為getter。Rust 不像某些語言那樣為結(jié)構(gòu)體字段自動生成 getter手寫 getter 的價值在于可以把字段設(shè)為私有、方法設(shè)為公有從而在類型公共 API 中提供對該字段的只讀訪問公有/私有的控制見第 7 章。為什么沒有 - 運算符C/C 中調(diào)用對象方法與指針方法分別使用.與-后者相當于先解引用(*object).something()。Rust 沒有-運算符取而代之的是自動引用與解引用automatic referencing and dereferencing調(diào)用object.something()時Rust 會自動補上、mut或*使object匹配方法的簽名。例如下面兩種寫法等價p1.distance(p2); (p1).distance(p2);之所以可行是因為方法有明確的接收者——self的類型。根據(jù)接收者與方法名Rust 能確定方法是讀取self、修改mut self還是消費self。方法接收者隱式借用是讓所有權(quán)在實際使用中保持舒適ergonomic的重要因素。帶多個參數(shù)的方法can_hold方法在self之后可以帶多個參數(shù)用法與函數(shù)參數(shù)一致。下面實現(xiàn)can_hold判斷一個Rectangle能否完全容納另一個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)); }參數(shù)rect2是對Rectangle的不可變借用方法只需讀取rect2且main在調(diào)用后仍要使用它。輸出為Can rect1 hold rect2? true Can rect1 hold rect3? false該示例在倉庫中的完整可運行版本見 listing-05-15/src/main.rs。關(guān)聯(lián)函數(shù)Associated Functionsimpl塊內(nèi)定義的所有函數(shù)都稱為關(guān)聯(lián)函數(shù)因為它們與impl后面的類型相關(guān)聯(lián)。不以self作為第一個參數(shù)的關(guān)聯(lián)函數(shù)不是方法它們不需要類型實例即可調(diào)用——前面用過的String::from就是典型例子。不以self開頭的關(guān)聯(lián)函數(shù)常用于構(gòu)造函數(shù)返回該結(jié)構(gòu)體的新實例。這類函數(shù)習(xí)慣命名為new但new并非語言內(nèi)置的特殊名稱impl Rectangle { fn square(size: u32) - Self { Self { width: size, height: size, } } }返回類型與函數(shù)體中的Self都是impl關(guān)鍵字后類型的別名此處即Rectangle。調(diào)用時使用::語法并冠以結(jié)構(gòu)體名let sq Rectangle::square(3);。::語法既用于關(guān)聯(lián)函數(shù)也用于模塊命名空間見第 7 章。倉庫中的 no-listing-03-associated-functions/src/main.rs 提供了可運行的完整版本。多個 impl 塊每個結(jié)構(gòu)體允許擁有多個impl塊。例如把area與can_hold分別放進兩個impl Rectangle塊是完全合法的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 } }當前示例沒有拆分的必要但這是有效語法第 10 章討論泛型與 trait 時會看到多impl塊的實用場景。本章配套源碼與延伸閱讀本章全部可編譯/可復(fù)現(xiàn)的代碼清單位于倉庫的listings/ch05-using-structs-to-structure-related-data/目錄覆蓋定義listing-05-01、實例化listing-05-02、字段修改listing-05-03、簡寫listing-05-05、更新語法listing-05-07、元組結(jié)構(gòu)體no-listing-01、類單元結(jié)構(gòu)體no-listing-04、生命周期報錯no-listing-02、派生 trait 調(diào)試listing-05-12、no-listing-05-dbg-macro、output-only-01-debug、output-only-02-pretty-debug以及方法與關(guān)聯(lián)函數(shù)listing-05-13 至 listing-05-16。本倉庫的src/目錄保留了本書主版本對應(yīng)章節(jié)源文件ch05-01-defining-structs.md、ch05-02-example-structs.md 與 ch05-03-method-syntax.md可對照閱讀。直接使用println!({:?}, x)遇到編譯錯誤時運行rustc --explain E0277可獲取Debug/Display的詳細解釋。小結(jié)結(jié)構(gòu)體讓你能創(chuàng)建對業(yè)務(wù)領(lǐng)域有意義的自定義類型把相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)聚合在一起并為每塊數(shù)據(jù)命名使代碼清晰可讀。在impl塊中可以定義與類型關(guān)聯(lián)的函數(shù)其中方法第一個參數(shù)為self規(guī)定了結(jié)構(gòu)體實例的行為。結(jié)構(gòu)體并非創(chuàng)建自定義類型的唯一途徑——接下來本書將進入第 6 章介紹枚舉enum這一同為自定義類型基石的語言特性配合模式匹配發(fā)揮更強大的類型檢查能力。贊分享教程文檔【免費下載鏈接】bookThe Rust Programming Language項目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/bo/book點擊查看免費下載相關(guān)推薦如何為老舊Intel Mac安裝最新macOSOpenCore Legacy Patcher終極升級指南如何為老舊Intel Mac安裝最新macOSOpenCore Legacy Patcher終極升級指南 OpenCore Legacy Patcher是一款操作系統(tǒng)固件驅(qū)動開發(fā)The Rust Programming Language如何編寫高效Rust函數(shù)的7個技巧The Rust Programming Language如何編寫高效Rust函數(shù)的7個技巧 Rust作為一門現(xiàn)代系統(tǒng)編程語言其函數(shù)設(shè)計哲學(xué)強調(diào)安全、性能和教程文檔終極指南如何簡單快速解決Cursor試用限制問題終極指南如何簡單快速解決Cursor試用限制問題 你是否曾經(jīng)遇到過這樣的情況剛剛開始享受Cursor AI代碼編輯器的流暢體驗突然彈出一條令人沮喪的提示開發(fā)工具CLI上一篇Diffusers 實戰(zhàn)指南Stable Diffusion 推理提速、顯存優(yōu)化與畫質(zhì)提升下一篇PaddleOCR 手寫 OCR 數(shù)據(jù)集實戰(zhàn)指南CASIA-HWDB 與 NIST19 的獲取、格式適配與訓(xùn)練方案創(chuàng)作聲明：本文部分內(nèi)容由AI輔助生成（AIGC），僅供參考