【Rust学习】05_1 结构体说明
前言
struct或 structure是一种自定义数据类型,允许您命名和包装多个相关的值,从而形成一个有意义的组合。如果您熟悉面向对象的语言,那么struct就像对象中的数据属性。在本章中,我们将比较和对比元组与结构体,在您已经知道的基础上,来演示结构体是对数据进行分组的更好方法。
我们将演示如何定义和实例化结构体,并讨论如何定义关联函数,尤其是称为方法的关联函数类型,以指定与结构类型关联的行为。您可以在程序中基于结构体和枚举创建新类型,以充分利用 Rust 的编译时类型检查。
内容
定义并实例化结构体
结构和元组相似,因为两者都包含多个相关值。与元组一样,结构体的各个部分也可以是不同的类型。与元组不同,在结构中,您将为每条数据命名,以便清楚地了解值的含义。添加这些名称意味着结构体比元组更灵活:您不必依赖数据的顺序来指定或访问实例的值。
要定义结构体,我们输入关键字 struct
并命名整个结构。结构体的名称应描述组合在一起的数据片段的意义。然后,在大括号内,我们定义数据片段的名称和类型,我们称之为 字段(field)。例如,下面的代码 显示了一个存储用户帐户信息的结构。
struct User {
active: bool,
username: String,
email: String,
sign_in_count: u64,
}
为了在定义结构后使用结构体,我们通过为每个字段指定具体值来创建该结构体的实例。我们通过声明结构体的名称来创建一个实例,然后添加包含key: value
(键值)对的大括号,其中key
是字段的名称,value
是我们想要存储在这些字段中的数据。我们不必按照在结构中声明字段的相同顺序指定字段。换言之,struct 定义类似于类型的通用模板,实例使用特定数据填充该模板以创建该类型的值。例如,我们可以声明一个特定用户,如下所示:
fn main() {
let user1 = User {
active: true,
username: String::from("someusername123"),
email: String::from("someone@example.com"),
sign_in_count: 1,
};
}
为了从结构体中获取特定值,我们使用点表示法。例如,为了访问此用户的电子邮件地址,我们使用 user1.email
。如果实例是可变的,我们可以通过使用点表示法和赋值到特定字段来更改值。如下所示,显示了如何更改可变 User
实例的 email
字段中的值。
fn main() {
let mut user1 = User {
active: true,
username: String::from("someusername123"),
email: String::from("someone@example.com"),
sign_in_count: 1,
};
user1.email = String::from("anotheremail@example.com");
}
请注意,整个实例必须是可变的;Rust 不允许我们只将某些字段标记为可变。与任何表达式一样,我们可以构造结构体的新实例作为函数体中的最后一个表达式,以隐式返回该新实例。
下面的代码显示了一个 build_user
函数,该函数返回一个包含给定电子邮件和用户名的 User
实例。active
字段的值为 true,sign_in_count
的值为 1
。
fn build_user(email: String, username: String) -> User {
User {
active: true,
username: username,
email: email,
sign_in_count: 1,
}
}
使用与结构字段相同的名称命名函数参数是有意义的,但是必须重复email
和username
字段名称和变量有点啰嗦。如果结构体有更多的字段,重复每个名称会变得更加烦人。幸运的是,有一个简写的语法!
字段初始化简写
当参数名称和结构字段名称完全相同,所以我们可以使用简写语法来重写 build_user
,使其行为完全相同,但不会重复 username
和 email
,如下所示。
struct User {
active: bool,
username: String,
email: String,
sign_in_count: u64,
}
fn build_user(email: String, username: String) -> User {
User {
email,
username,
active: true,
sign_in_count: 1,
}
}
fn main() {
let user1 = build_user(
String::from("someone@example.com"),
String::from("someusername123"),
);
}
这里我们创建了一个新的 User
结构体实例,它有一个叫做 email
的字段。我们想要将 email
字段的值设置为 build_user
函数 email
参数的值。因为 email
字段与 email
参数有着相同的名称,则只需编写 email
而不是 email: email
。
使用结构体更新语法从其他实例创建实例
创建一个结构体的新实例,该实例包含来自另一个实例的大部分值,但会更改一些值,这通常很有用。您可以使用 struct update语法执行此操作。
我们展示了如何在没有 update 语法的情况下定期在 user2 中创建新的 User 实例。我们为 email 设置了一个新值:
fn main() {
// --snip--
let user2 = User {
active: user1.active,
username: user1.username,
email: String::from("another@example.com"),
sign_in_count: user1.sign_in_count,
};
}
使用 struct update
语法,我们可以用更少的代码达到相同的效果,如下所示。语法 ..
指定未显式设置的其余字段应与给定实例中的字段具有相同的值。
fn main() {
// --snip--
let user2 = User {
email: String::from("another@example.com"),
..user1
};
}
上面的示例中,代码还在 user2
中创建了一个实例,该实例对 email
具有不同的值,但对 user1
的 username
、active
和 sign_in_count
字段具有相同的值。这 ..user1
必须排在最后,以指定任何剩余的字段都应从 user1
中的相应字段获取其值,但我们可以选择以任何顺序为任意数量的字段指定值,而不管结构定义中字段的顺序如何。
请注意,结构更新语法就像带有 =
的赋值,因为它移动了数据,就像我们在“变量和数据的交互:Move”部分讲到的一样。在此示例中,创建 user2
后,我们无法再将 user1
作为一个整体使用,因为 user1
的 username
字段中的 String
已移动到 user2
中。如果我们为 user2
提供了 email
和 username
的新 String
值,因此仅使用了 user1
中的 active
和 sign_in_count
值,则 user1
在创建 user2
后仍然有效。active
和 sign_in_count
都是实现 Copy
trait 的类型,所以我们在“变量和数据的交互:Clone”部分讨论的行为同样适用。
使用没有命名字段的元组结构体来创建不同的类型
Rust 还支持看起来类似于元组的结构,称为元组结构。Tuples 结构具有 struct name 提供的附加含义,但没有与其字段关联的名称;相反,它们只是具有字段的类型。当您想给整个元组命名并使元组成为与其他元组不同的类型时,以及当将每个字段命名为常规结构中会很冗长或多余时,元组结构非常有用。
要定义元组结构,请从 struct
关键字和结构名称开始,后跟元组中的类型。例如,这里我们定义并使用两个名为 Color
和 Point
的元组结构:
struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32, i32);
fn main() {
let black = Color(0, 0, 0);
let origin = Point(0, 0, 0);
println!("{} {} {}", black.0, black.1, black.2);
println!("{} {} {}", origin.0, origin.1, origin.2);
}
请注意,black
和 origin
值是不同的类型,因为它们是不同元组结构的实例。您定义的每个结构都是其自己的类型,即使结构中的字段可能具有相同的类型。例如,采用 Color
类型参数的函数不能将 Point
作为参数,即使这两种类型都由三个 i32
值组成。元组结构实例类似于元组,因为您可以将它们解构为单独的部分,并且可以使用 .
后跟索引来访问单个值。
没有任何字段的类单元结构体
我们也可以定义一个没有任何字段的结构体!它们被称为类单元结构体(unit-like structs),因为它们类似于 ()
,即“元组类型”一节中提到的 unit 类型。类单元结构体常常在您想要在某个类型上实现 trait 但不需要在类型中存储数据的时候发挥作用。下面是一个声明和实例化一个名为 AlwaysEqual
的 unit 结构的例子。
struct AlwaysEqual;
fn main() {
let subject = AlwaysEqual;
}
要定义 AlwaysEqual
,我们使用 struct
关键字、所需的名称,然后是分号。无需大括号或圆括号!然后,我们可以以类似的方式在 subject
变量中获取 AlwaysEqual
的实例:使用我们定义的名称,不带任何大括号或圆括号。想象一下,稍后我们将实现此类型的行为,以便 AlwaysEqual
的每个实例始终等于任何其他类型的每个实例,也许为了测试目的而具有已知结果。我们不需要任何数据来实现该行为!
结构体数据的所有权
在 User 结构体定义中,我们使用了 owned String 类型而不是 &str 字符串 slice 类型。这是一个经过深思熟虑的选择,因为我们希望此结构的每个实例都拥有其所有数据,并且只要整个结构有效,该数据就有效。
结构体也可以存储对其他事物所拥有的数据的引用,但要做到这一点,需要使用 生命周期(lifetimes),生命周期可确保结构引用的数据在结构有效期间有效。假设您尝试将引用存储在 struct 中而不指定生命周期,如下所示,这不起作用:
struct User {
active: bool,
username: &str,
email: &str,
sign_in_count: u64,
}
fn main() {
let user1 = User {
active: true,
username: "someusername123",
email: "someone@example.com",
sign_in_count: 1,
};
}
编译器报错:
error[E0106]: missing lifetime specifier
--> src/main.rs:68:15
|
68 | username: &str,
| ^ expected named lifetime parameter
|
help: consider introducing a named lifetime parameter
|
66 ~ struct User<'a> {
67 | active: bool,
68 ~ username: &'a str,
|
后续会讲到如何修复这个问题以便在结构体中存储引用,不过现在,我们会使用像 String
这类拥有所有权的类型来替代 &str
这样的引用以修正这个错误。
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