《Rust编程入门》原生类型

August 20, 2024

来源

如果想阅读《通过例子学 Rust》，可以直接访问 Rust 文档网的国际站点 https://rustwiki.org/zh-CN/rust-by-example/ 或国内站点 https://www.rustwiki.org.cn/zh-CN/rust-by-example/进行在线上阅读（均支持同一页面中英双语切换）。（英文阅读地址：https://doc.rust-lang.org/rust-by-example/）

若想在本地阅读，请先安装 Rust，然后进行下面操作：

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$ git clone https://github.com/rust-lang-cn/rust-by-example-cn
$ cd rust-by-example-cn
$ cargo install mdbook
$ mdbook build
$ mdbook serve

原生类型

Rust 提供了多种原生类型（primitives），包括：

标量类型（scalar type）

有符号整数（signed integers）：i8、i16、i32、i64、i128 和 isize（指针宽度）
无符号整数（unsigned integers）： u8、u16、u32、u64、u128 和 usize（指针宽度）
浮点数（floating point）： f32、f64
char（字符）：单个 Unicode 字符，如 'a'，'α' 和 '∞'（每个都是 4 字节）
bool（布尔型）：只能是 true 或 false
单元类型（unit type）：()。其唯一可能的值就是 () 这个空元组

尽管单元类型的值是个元组，它却并不被认为是复合类型，因为并不包含多个值。

复合类型（compound type）

数组（array）：如 [1, 2, 3]
元组（tuple）：如 (1, true)

变量都能够显式地给出类型说明（type annotation）。数字还可以通过后缀（suffix）或默认方式来声明类型。整型默认为 i32 类型，浮点型默认为 f64类型。注意 Rust 还可以根据上下文来推断（infer）类型（译注：比如一个未声明类型整数和 i64 的整数相加，则该整数会自动推断为 i64 类型。仅当根据环境无法推断时，才按默认方式取整型数值为 i32，浮点数值为 f64）。

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fn main() {
    // 变量可以给出类型说明。
    let logical: bool = true;

    let a_float: f64 = 1.0;  // 常规说明
    let an_integer   = 5i32; // 后缀说明

    // 否则会按默认方式决定类型。
    let default_float   = 3.0; // `f64`
    let default_integer = 7;   // `i32`

    // 类型也可根据上下文自动推断。
    let mut inferred_type = 12; // 根据下一行的赋值推断为 i64 类型
    inferred_type = 4294967296i64;

    // 可变的（mutable）变量，其值可以改变。
    let mut mutable = 12; // Mutable `i32`
    mutable = 21;

    // 报错！变量的类型并不能改变。
    mutable = true;

    // 但可以用遮蔽（shadow）来覆盖前面的变量。
    let mutable = true;
}

数组和切片

数组（array）是一组拥有相同类型 T 的对象的集合，在内存中是连续存储的。数组使用中括号 [] 来创建，且它们的大小在编译时会被确定。数组的类型标记为 [T; length]（译注：T 为元素类型，length 表示数组大小）。

切片（slice）类型和数组类似，但其大小在编译时是不确定的。相反，切片是一个双字对象（two-word object），第一个字是一个指向数据的指针，第二个字是切片的长度。这个 “字” 的宽度和 usize 相同，由处理器架构决定，比如在 x86-64 平台上就是 64 位。slice 可以用来借用数组的一部分。slice 的类型标记为 &[T]。

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use std::mem;

// 此函数借用一个 slice
fn analyze_slice(slice: &[i32]) {
    println!("first element of the slice: {}", slice[0]);
    println!("the slice has {} elements", slice.len());
}

fn main() {
    // 定长数组（类型标记是多余的）
    let xs: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];

    // 所有元素可以初始化成相同的值
    let ys: [i32; 500] = [0; 500];

    // 下标从 0 开始
    println!("first element of the array: {}", xs[0]);
    println!("second element of the array: {}", xs[1]);

    // `len` 返回数组的大小
    println!("array size: {}", xs.len());

    // 数组是在栈中分配的
    println!("array occupies {} bytes", mem::size_of_val(&xs));

    // 数组可以自动被借用成为 slice
    println!("borrow the whole array as a slice");
    analyze_slice(&xs);

    // slice 可以指向数组的一部分
    println!("borrow a section of the array as a slice");
    analyze_slice(&ys[1 .. 4]);

    // 越界的下标会引发致命错误（panic）
    println!("{}", xs[5]);
}

字面量和运算符

整数 1、浮点数 1.2、字符 'a'、字符串 "abc"、布尔值 true 和单元类型 () 可以用数字、文字或符号之类的 “字面量”（literal）来表示。

另外，通过加前缀 0x、0o、0b，数字可以用十六进制、八进制或二进制记法表示。

为了改善可读性，可以在数值字面量中插入下划线，比如：1_000 等同于 1000，0.000_001 等同于 0.000001。

我们需要把字面量的类型告诉编译器。如前面学过的，我们使用 u32 后缀来表明字面量是一个 32 位无符号整数，i32 后缀表明字面量是一个 32 位有符号整数。

Rust 提供了一系列的运算符（operator），它们的优先级和类 C 语言类似。（译注：类 C 语言包括 C/C++、Java、PHP 等语言）

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fn main() {
    // 整数相加
    println!("1 + 2 = {}", 1u32 + 2);

    // 整数相减
    println!("1 - 2 = {}", 1i32 - 2);
    // 试一试 ^ 尝试将 `1i32` 改为 `1u32`，体会为什么类型声明这么重要

    // 短路求值的布尔逻辑
    println!("true AND false is {}", true && false);
    println!("true OR false is {}", true || false);
    println!("NOT true is {}", !true);

    // 位运算
    println!("0011 AND 0101 is {:04b}", 0b0011u32 & 0b0101);
    println!("0011 OR 0101 is {:04b}", 0b0011u32 | 0b0101);
    println!("0011 XOR 0101 is {:04b}", 0b0011u32 ^ 0b0101);
    println!("1 << 5 is {}", 1u32 << 5);
    println!("0x80 >> 2 is 0x{:x}", 0x80u32 >> 2);

    // 使用下划线改善数字的可读性！
    println!("One million is written as {}", 1_000_000u32);
}

元组

元组是一个可以包含各种类型值的组合。元组使用括号 () 来构造（construct），而每个元组自身又是一个类型标记为 (T1, T2, ...) 的值，其中 T1、T2 是每个元素的类型。函数可以使用元组来返回多个值，因为元组可以拥有任意多个值。

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// 元组可以充当函数的参数和返回值
fn reverse(pair: (i32, bool)) -> (bool, i32) {
    // 可以使用 `let` 把一个元组的成员绑定到一些变量
    let (integer, boolean) = pair;

    (boolean, integer)
}

// 在 “动手试一试” 的练习中要用到下面这个结构体。
#[derive(Debug)]
struct Matrix(f32, f32, f32, f32);

fn main() {
    // 包含各种不同类型的元组
    let long_tuple = (1u8, 2u16, 3u32, 4u64,
                      -1i8, -2i16, -3i32, -4i64,
                      0.1f32, 0.2f64,
                      'a', true);

    // 通过元组的下标来访问具体的值
    println!("long tuple first value: {}", long_tuple.0);
    println!("long tuple second value: {}", long_tuple.1);

    // 元组也可以充当元组的元素
    let tuple_of_tuples = ((1u8, 2u16, 2u32), (4u64, -1i8), -2i16);

    // 元组可以打印
    println!("tuple of tuples: {:?}", tuple_of_tuples);

    // 但很长的元组无法打印
    // let too_long_tuple = (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13);
    // println!("too long tuple: {:?}", too_long_tuple);
    // 试一试 ^ 取消上面两行的注释，阅读编译器给出的错误信息。

    let pair = (1, true);
    println!("pair is {:?}", pair);

    println!("the reversed pair is {:?}", reverse(pair));

    // 创建单元素元组需要一个额外的逗号，这是为了和被括号包含的字面量作区分。
    println!("one element tuple: {:?}", (5u32,));
    println!("just an integer: {:?}", (5u32));

    // 元组可以被解构（deconstruct），从而将值绑定给变量
    let tuple = (1, "hello", 4.5, true);

    let (a, b, c, d) = tuple;
    println!("{:?}, {:?}, {:?}, {:?}", a, b, c, d);

    let matrix = Matrix(1.1, 1.2, 2.1, 2.2);
    println!("{:?}", matrix)

}

动手试一试

复习：在上面的例子中给 Matrix 结构体 加上 fmt::Display trait，这样当你从 Debug 格式化 {:?} 切换到 Display 格式化 {} 时，会得到如下的输出：
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( 1.1 1.2 ) ( 2.1 2.2 )
可以回顾之前学过的[显示（display）][print_display]的例子。
以 reverse 函数作为样板，写一个 transpose 函数，它可以接受一个 Matrix 作为参数，并返回一个右上 - 左下对角线上的两元素交换后的 Matrix。举个例子：
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println!("Matrix:\n{}", matrix); println!("Transpose:\n{}", transpose(matrix));
输出结果：
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Matrix: ( 1.1 1.2 ) ( 2.1 2.2 ) Transpose: ( 1.1 2.1 ) ( 1.2 2.2 )