《Rust编程入门》7.1 定义与使用结构体

December 31, 2024

7.1 定义与使用结构体

结构体是 Rust 中用于组织和表示复杂数据类型的一种重要工具，它允许你将多个不同类型的数据组合成一个单独的实体。结构体是 Rust 中的一个核心概念，广泛用于表示各种类型的数据模型，如用户、商品、任务等。

7.1.1 结构体的基本概念

在 Rust 中，结构体是通过 struct 关键字来定义的。结构体可以包含多个不同类型的字段，每个字段都有自己的名称和类型。定义结构体时，你可以选择是定义一个简单的结构体，还是定义一个带有方法的结构体。

定义一个简单的结构体

最基本的结构体定义如下所示：

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

fn main() {
    let p = Point { x: 10, y: 20 };
    println!("Point coordinates: ({}, {})", p.x, p.y);
}

在这个例子中，Point 是一个结构体，它包含两个字段 x 和 y，它们的类型都是 i32。
通过 Point { x: 10, y: 20 } 语法实例化结构体，并访问其字段。

结构体实例化与字段访问

结构体的字段可以通过点 (.) 语法来访问。例如，在上面的代码中，我们通过 p.x 和 p.y 来访问 Point 结构体的字段。

结构体实例化的快捷方式

如果变量名和字段名相同，你可以使用结构体初始化的简写方式：

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

fn main() {
    let x = 10;
    let y = 20;

    let p = Point { x, y };  // 字段名称与变量名相同，可以省略
    println!("Point coordinates: ({}, {})", p.x, p.y);
}

7.1.2 结构体方法

结构体不仅可以包含数据，还可以包含方法，这些方法定义在 impl 块中。impl 块允许我们为结构体实现函数，这些函数通常用于操作结构体的数据。

为结构体定义方法

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

impl Point {
    // 定义一个方法来计算两点之间的距离
    fn distance(&self) -> f64 {
        ((self.x.pow(2) + self.y.pow(2)) as f64).sqrt()
    }

    // 定义一个方法来移动点的位置
    fn move_point(&mut self, dx: i32, dy: i32) {
        self.x += dx;
        self.y += dy;
    }
}

fn main() {
    let mut p = Point { x: 3, y: 4 };
    println!("Distance from origin: {}", p.distance());
    
    // 移动点的位置
    p.move_point(1, -1);
    println!("Moved point coordinates: ({}, {})", p.x, p.y);
}

distance 是一个不可变的方法，它通过引用 &self 来访问结构体的字段并计算点到原点的距离。
move_point 是一个可变的方法，它通过 &mut self 来修改结构体的字段，更新点的坐标。

方法的 `self` 参数

self：表示结构体的所有权，方法会获得结构体的所有权（如果方法消耗结构体）。
&self：表示对结构体的不可变引用，方法不会修改结构体。
&mut self：表示对结构体的可变引用，方法可以修改结构体的字段。

7.1.3 结构体的元组形式

除了常规的命名字段结构体，Rust 还支持另一种类型的结构体，称为元组结构体。元组结构体类似于元组，但它们为每个元素提供了类型而非名称。元组结构体通常用于简单的场景。

元组结构体的定义与使用

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struct Color(i32, i32, i32);

fn main() {
    let c = Color(255, 0, 0); // 红色
    println!("Color: ({}, {}, {})", c.0, c.1, c.2);
}

Color 是一个元组结构体，它由三个 i32 类型的字段组成，分别表示 RGB 颜色的红、绿、蓝成分。
元组结构体的字段是通过索引来访问的，例如 c.0 表示访问 Color 的第一个字段。

7.1.4 结构体的可变性

当你实例化一个结构体时，结构体本身的可变性取决于它的所有权。如果结构体是不可变的（默认行为），你将不能修改它的字段。如果你想修改字段的值，结构体本身必须是可变的。

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

fn main() {
    let mut p = Point { x: 10, y: 20 }; // 可变结构体
    p.x = 15;  // 修改字段
    println!("Updated point: ({}, {})", p.x, p.y);
}

mut 关键字在结构体实例化时使结构体变为可变。
如果没有 mut，编译器会报错，表示你不能修改不可变的结构体。

7.1.5 结构体的生命周期

结构体也可以包含引用类型的字段，引用类型的字段会受到生命周期的影响。为了确保结构体的引用字段在使用时有效，必须为结构体添加生命周期标注。

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struct Book<'a> {
    title: &'a str,
    author: &'a str,
}

fn main() {
    let title = String::from("Rust Programming");
    let author = String::from("Steve");

    let book = Book {
        title: &title,
        author: &author,
    };
    println!("Book: {} by {}", book.title, book.author);
}

Book 结构体使用了生命周期标注 'a 来表明它的引用字段 title 和 author 依赖于外部数据的生命周期。

7.1.6 小结

结构体是 Rust 中的重要数据结构，用于将多个数据值组合成一个复合数据类型。
Rust 支持两种结构体：具名字段结构体和元组结构体。
结构体可以包含方法，这些方法可以是不可变或可变的，取决于方法签名中的 self 参数。
结构体也可以通过生命周期标注来管理包含引用的字段，以确保数据的有效性。

在接下来的部分，我们将深入探讨 Rust 中的枚举类型及其应用。