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1. impl fmt::Debug for Student
2. impl fmt::Display for Student
是一种自定义数据类型,允许将多个相关的值组合在一起,形成一个更复杂的数据结构。结构体被广泛应用于组织和管理数据,具有灵活性和强大的表达能力。
在Rust中,定义和声明结构体的语法如下:
- struct Name {
- field1: Type1,
- field2: Type2,
- // ...
- fieldN: TypeN,
- }
其中,Name
是结构体的名称,每个数据名及其对应的数据类型组成一个字段,field1
到fieldN
是结构体的字段名称,Type1
到TypeN
是字段的数据类型。
通过关键字 struct 定义,指定结构体名称,结构体内用 field:type, 表示字段名称及数据类型,注意rust语言不能在定义的同时进行赋值,且用逗号分隔各字段,不像c/c++用分号。
结构体中可以根据需要定义字段个数,理论上要多少就定义多少;但实际上字段太多,结构体也会变得很占空间,对程序的空间效率是个负担。
如以下代码定义了一个名为Point的结构体,包含x和y两个字段,类型分别为i32和f64:
struct Point {
x: i32,
y: f64,
}
定义结构体后,可以像使用其他类型一样使用它。例如,可以声明一个Point类型的变量,并为其字段赋值:
let my_point = Point { x: 10, y: 20.0 };
使用结构体时,用成员运算符 my_point.x 来调用对应字段的值:
println!("({},{})", point.x, point.y); // 输出:(10,20)
可变实例
需要变动字段的值,在声明时需要用 let mut,如:
- struct Point {
- x: i32,
- y: f64,
- }
-
- fn main() {
- let mut point = Point { x: 10, y: 20.0 };
- point.x = 5;
- println!("({},{})", point.x, point.y); // 输出:(5,20)
- }
在Rust中,结构体(Struct)可以按照不同的方式进行分类,以下是一些常见的分类方式:
这种结构体没有任何字段,它只是用于表示一个空的类型。这种结构体通常用于作为其他结构体的组成部分或返回类型。例如:
struct UnitStruct;
这种结构体包含一组字段,可以通过元组语法来访问每个字段。元组结构体可以用于表示简单的数据集合,不使用大括号{},而是使用元组的小括号()。例如:
struct TupleStruct(i32, String);
相当字段数据没有名称的结构体,访问时使用索引。如:
- struct Point (i32, f64);
-
- fn main() {
- let mut point = Point(10, 20.0);
- point.0 = 5;
- println!("({},{})", point.0, point.1);
- }
这种结构体有一个显式的名称,并且包含一组字段。具名结构体可以用于表示复杂的数据结构,例如一个包含多个字段的对象,本文的示例大多数都为具名结构体,用法已在本文开头讲过:
struct MyStruct {
field1: i32,
field2: String,
// ...
}
除了以上三种常见的结构体类型,Rust还支持其他特殊类型的结构体,例如带有泛型参数的结构体、具名元组结构体(Named Tuple Struct)和结构体路径(Struct Type Alias)等。
需要注意的是,在Rust中,结构体的分类并不是强制性的,也就是说,一个结构体可以包含任意类型的字段,并且可以在任何地方使用。这使得结构体非常灵活,可以用于实现各种复杂的数据结构。
结构体字段的数据类型可以是以下常见的rust数据,甚至可以是函数、引用、指针类型。
标量类型(Scalar Types):
i8
、i16
、i32
、i64
、i128
表示有符号整数,u8
、u16
、u32
、u64
、u128
表示无符号整数。此外,还有 isize
和 usize
,它们根据平台的位数自动调整大小。f32
和 f64
两种类型,表示单精度和双精度浮点数。true
和 false
。复合类型(Composite Types):
enum
关键字定义,每个可能的取值都是一个不同的枚举成员。一个结构体可以包含任意类型的字段,当然也包括结构体。
在以下这个例子中,Address 结构体包含了 street、city 和 state 三个字段,而 Person 结构体则包含了 name、age 和 address 三个字段,其中 address 字段的类型是 Address 结构体。
- struct Address {
- street: String,
- city: String,
- state: String,
- }
-
- struct Person {
- name: String,
- age: u8,
- address: Address,
- }
方法(method)是在结构体上定义的功能,可以访问结构体的字段并执行一些操作。使用关键字impl,结构体可以对应一个或多个impl代码块。
- struct Student {
- name:String,
- age:u32,
- school:String,
- major:String,
- grade:String,
- state:bool
- }
-
- impl Student {
- fn to_string(&self) -> String {
- format!("Student {{ name: {}, age: {}, school: {}, major: {}, grade: {}, state: {} }}",
- self.name, self.age, self.school, self.major, self.grade, self.state)
- }
- }
-
- fn main() {
- let school = String::from("东南大学");
- let major = String::from("土木工程学院");
- let s = Student{
- name:String::from("杨程"),
- age:22,
- school,
- major,
- grade:String::from("大三"),
- state:true
- };
- println!("{}", s.to_string());
- }
输出:
Student { name: 杨程, age: 22, school: 东南大学, major: 土木工程学院, grade: 大三, state: true }
注意:上例中有一个rust结构体的特殊用法,使用同名变量在结构体外为对应字段赋值。
- struct Rectangle {
- width: f32,
- height: f32,
- }
-
- impl Rectangle {
- // 构造函数
- fn new(width: f32, height: f32) -> Rectangle {
- Rectangle { width, height }
- }
-
- // 计算矩形的面积
- fn area(&self) -> f32 {
- self.width * self.height
- }
-
- // 计算矩形的周长
- fn perimeter(&self) -> f32 {
- (self.width + self.height) * 2.0
- }
- }
-
- impl Rectangle {
- // 判断矩形是否相等
- fn is_equal(&self, other: &Rectangle) -> bool {
- self.width == other.width && self.height == other.height
- }
- }
-
- fn main() {
- let rect1 = Rectangle::new(5.0, 6.0);
- let rect2 = Rectangle::new(5.0, 6.0);
-
- println!("Rectangle 1 area: {}", rect1.area());
- println!("Rectangle 1 perimeter: {}", rect1.perimeter());
-
- println!("Rectangle 2 area: {}", rect2.area());
- println!("Rectangle 2 perimeter: {}", rect2.perimeter());
-
- if rect1.is_equal(&rect2) {
- println!("Rectangles are equal");
- } else {
- println!("Rectangles are not equal");
- }
- }
输出:
Rectangle 1 area: 30
Rectangle 1 perimeter: 22
Rectangle 2 area: 30
Rectangle 2 perimeter: 22
Rectangles are equal
- struct Person {
- name: String,
- age: u32,
- }
-
- impl Person {
- // 这是构造函数,用于创建一个新的 Person 实例
- fn new(name: String, age: u32) -> Person {
- Person { name, age }
- }
-
- fn say_hello(&self) {
- println!("Hello, my name is {} and I'm {}.", self.name, self.age);
- }
-
- fn update_age(&mut self, new_age: u32) {
- self.age = new_age;
- }
-
- fn update_name(&mut self, new_name: String) {
- self.name = new_name;
- }
- }
-
- fn main() {
- // 创建一个新的 Person 实例
- let mut person = Person::new("Tom".to_string(), 5);
-
- // 调用 say_hello 方法,输出 Person 的信息
- person.say_hello();
-
- // 调用 update_age 方法,更新 Person 的年龄
- person.update_age(3);
-
- // 再次调用 say_hello 方法,输出更新后的信息
- person.say_hello();
-
- person.update_age(5);
- person.update_name(String::from("Jerry"));
- person.say_hello();
- }
输出:
Hello, my name is Tom and I'm 5.
Hello, my name is Tom and I'm 3.
Hello, my name is Jerry and I'm 5.
之所以"结构体方法"不叫"结构体函数"是因为"函数"这个名字留给了这种函数:它在 impl 块中却没有 &self 参数。这种函数不依赖实例,但是使用它需要声明是在哪个 impl 块中的,比如上小节例2和例3中的构造函数new()就是关联函数,类似于字符串函数String::new(),String::from("Jerry")。
示例:
- #[derive(Debug,Clone)]
- struct Rectangle {
- width: u32,
- height: u32,
- }
-
- impl Rectangle {
- fn create(width: u32, height: u32) -> Rectangle {
- Rectangle { width, height }
- }
- fn area(self) -> u32 {
- self.width * self.height
- }
- fn area2(&self) -> u32 {
- self.width * self.height
- }
- }
-
- fn main() {
- let rect = Rectangle::create(30, 50);
- println!("{:?}", rect);
- println!("Area: {}", Rectangle::area(rect.clone()));
- println!("Area: {}", rect.area2());
- }
输出:
Rectangle { width: 30, height: 50 }
Area: 1500
Area: 1500
结构体方法:结构体方法默认情况下是可变的(mutable),也就是说可以修改结构体的字段。在调用方法时,可以通过引用(&self)或可变引用(&mut self)来传递结构体实例,以便修改其字段。例如:my_struct.my_method(&mut my_struct)。
关联函数:关联函数默认情况下是不可变的(immutable),也就是说无法修改结构体的字段。在调用函数时,只能通过常量引用(&self)来传递结构体实例,因为常量引用是只读的。例如:let my_struct = MyStruct {...}; my_struct.my_function()。
结构体方法:结构体方法可以直接在结构体实例上调用,无需显式传递结构体实例。例如:my_struct.my_method()。
关联函数:关联函数需要显式传递结构体实例作为参数。例如:MyStruct::my_function(my_struct)。
Rust 中的 trait 是一种抽象类型,用于定义泛型行为,trait 可以理解为一种接口。trait 使用关键字 derive 来自动生成实现。通过使用 derive,可以避免手动编写冗长的代码,提高代码的可读性和可维护性。trait 有很多,比如Copy,Clone,Debug,Default,Drop,Hash,Ord,PartialOrd,Send,Sync等等,先挑几种最常用的学一下:
在 Rust 语言中用于自动生成一个结构体的 Debug 实现,Debug 是 Rust 标准库中的一个 trait,用于在控制台打印调试信息。
使用 #[derive(Debug)] 属性可以为结构体自动生成一个 Debug 实现,这样在需要打印调试信息时,就可以使用 {:?} 格式化字符串来打印该结构体的内容。例如,在上面的代码中,s 结构体的 Debug 实现已经被自动生成,因此可以使用 println!("{:?}", s) 来打印出结构体 s 的内容。
- #[derive(Debug)]
- struct Point {
- x: i32,
- y: i32,
- }
-
- impl Point {
- fn distance(&self, other: &Point) -> f32 {
- let x_diff = self.x - other.x;
- let y_diff = self.y - other.y;
- ((x_diff * x_diff + y_diff * y_diff) as f32).sqrt()
- }
- }
-
- fn main() {
- let p1 = Point { x: 3, y: 0 };
- let p2 = Point { x: 0, y: 4 };
- println!("Distance between {:?} and {:?} is {}.", p1, p2, p1.distance(&p2));
- }
输出:
Distance between Point { x: 3, y: 0 } and Point { x: 0, y: 4 } is 5.
- #[derive(Debug)]
- struct Student {
- name: String,
- age: u32,
- school: String,
- major: String,
- grade: String,
- state: bool,
- }
-
- impl Student {
- fn new() -> Student {
- return Student {
- age: 0,
- name: String::new(),
- school: String::from(""),
- major: "".to_string(),
- grade: "".to_string(),
- state: false,
- };
- }
- }
-
- fn main() {
- let mut s = Student::new();
- s.name = String::from("杨程");
- s.age = 22;
- s.school = String::from("东南大学");
- s.major = String::from("土木工程学院");
- s.grade = String::from("大三");
- s.state = true;
- println!("{:?}", s);
- }
输出:
Student { name: "杨程", age: 22, school: "东南大学", major: "土木工程学院", grade: "大三", state: true }
与上一小节的例2对比,输出内容基本一致,就多了String的引号标记。相比自动生成 Debug 实现可以简化代码编写过程,并且可以避免手动实现 Debug 时可能出现的错误。
在本例中,使用宏打印结构体println!("{:?}", s);时,第一行的代码#[derive(Debug)]是必须的,如果去掉就会报错:
error[E0277]: `Student` doesn't implement `Debug`
--> E:\.rs\struct2.rs:31:22
|
31 | println!("{:?}", s);
| ^ `Student` cannot be formatted using `{:?}`
|
= help: the trait `Debug` is not implemented for `Student`
= note: add `#[derive(Debug)]` to `Student` or manually `impl Debug for Student`
= note: this error originates in the macro `$crate::format_args_nl` which comes from the expansion of the macro `println` (in Nightly builds, run with -Z macro-backtrace for more info)
help: consider annotating `Student` with `#[derive(Debug)]`
|
1 + #[derive(Debug)]
2 | struct Student {
|error: aborting due to previous error
返回值:fmt::Result; 调用:println!("{:?}", s);
- use std::fmt;
-
- struct Student {
- name: String,
- age: u32,
- school: String,
- major: String,
- grade: String,
- state: bool,
- }
-
- impl fmt::Debug for Student {
- fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
- write!(f,
- "Student {{ name: {}, age: {}, school: {}, major: {}, grade: {}, state: {} }}",
- self.name, self.age, self.school, self.major, self.grade, self.state)
- }
- }
-
- fn main() {
- let school = String::from("东南大学");
- let major = String::from("土木工程学院");
- let s = Student {
- name: String::from("杨程"),
- age: 22,
- school,
- major,
- grade: String::from("大三"),
- state: true,
- };
- println!("{:?}", s);
- }
输出:
Student { name: 杨程, age: 22, school: 东南大学, major: 土木工程学院, grade: 大三, state: true }
返回值:fmt::Result; 调用:println!("{}", s); {}里不需要:?
- 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 Point {
- fn distance(&self, other: &Point) -> f32 {
- let x_diff = self.x - other.x;
- let y_diff = self.y - other.y;
- ((x_diff * x_diff + y_diff * y_diff) as f32).sqrt()
- }
- }
-
- fn main() {
- let p1 = Point { x: 3, y: 0 };
- let p2 = Point { x: 0, y: 4 };
- println!("Distance between {} and {} is {}.", p1, p2, p1.distance(&p2));
- }
输出:
Distance between Point(3, 0) and Point(0, 4) is 5.
输出要与使用#[derive(Debug)]时一样,只要修改write宏的第2个参数,如:
- impl fmt::Display for Point {
- fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
- write!(f, "Point {{ x: {}, y: {} }}", self.x, self.y)
- }
- }
使用#[derive(PartialEq)]为结构体自动实现了PartialEq trait。这使得可以直接使用==运算符比较两个结构体实例的相等性。
- #[derive(PartialEq)]
- struct Point {
- x: i32,
- y: i32,
- }
-
- fn main() {
- let point1 = Point { x: 10, y: 20 };
- let point2 = Point { x: 10, y: 20 };
- if point1 == point2 {
- println!("The two points are equal.");
- } else {
- println!("The two points are not equal.");
- }
- }
输出:
The two points are equal.
- #[derive(Debug, PartialEq)]
- struct Person {
- name: String,
- age: u32,
- }
-
- fn main() {
- let person1 = Person {
- name: String::from("Alice"),
- age: 25,
- };
-
- let person2 = Person {
- name: String::from("Bob"),
- age: 30,
- };
-
- let person3 = Person {
- name: String::from("Alice"),
- age: 25,
- };
-
- println!("Is {:?} equal to {:?}? {}", person1, person2, person1 == person2);
- println!("Is {:?} equal to {:?}? {}", person1, person3, person1 == person3);
- }
输出:
Is Person { name: "Alice", age: 25 } equal to Person { name: "Bob", age: 30 }? false
Is Person { name: "Alice", age: 25 } equal to Person { name: "Alice", age: 25 }? true
调用#[derive(Default)],相当于创建一个默认的结构体实例,每一个字段都是对应数据类型的默认值,无需手动为每个字段设置默认值。
- #[derive(Default,Debug)]
- struct Circle {
- radius: f32,
- }
-
- impl Circle {
- fn area(&self) -> f32 {
- let pi = std::f32::consts::PI;
- pi * self.radius * self.radius
- }
- }
-
- fn main() {
- let mut c = Circle::default();
- println!("Circular area of {:?} = {}.", c, c.area());
- c.radius = 1.0;
- println!("Circular area of {:?} = {}.", c, c.area());
- }
输出:
Circular area of Circle { radius: 0.0 } = 0.
Circular area of Circle { radius: 1.0 } = 3.1415927.
- #[derive(Debug, Default)]
- struct Student {
- name: String,
- age: u32,
- school: String,
- major: String,
- grade: String,
- state: bool,
- }
-
- fn main() {
- let mut s1 = Student::default();
- println!("{:?}", s1);
-
- s1.name = String::from("杨程");
- s1.age = 22;
- s1.school = String::from("东南大学");
- s1.major = String::from("土木工程学院");
- s1.grade = String::from("大三");
- s1.state = true;
- println!("{:?}", s1);
-
- let s2 = Student {
- age: 23,
- grade: String::from("大四"),
- ..s1 //注意这里的结构体更新语法
- };
- println!("{:?}", s2);
- }
输出:
Student { name: "", age: 0, school: "", major: "", grade: "", state: false }
Student { name: "杨程", age: 22, school: "东南大学", major: "土木工程学院", grade: "大三", state: true }
Student { name: "杨程", age: 23, school: "东南大学", major: "土木工程学院", grade: "大四", state: true }
此例还有一个rust结构体的特殊用法,当结构体大部分字段需要被设置成与现存的另一个结构体的一样,仅需更改其中的一两个字段的值,可以使用结构体更新语法,在现存的结构体名前加上两个连续的句号:“..Struct_Name”。
Clone 在复制过程中对所有字段进行逐个复制,包括所有引用类型和原始类型。这意味着每次进行克隆时,都会创建新的数据副本。
示例:
- #[derive(Clone)]
- struct Person {
- name: String,
- age: i32,
- }
-
- fn main() {
- let mut person1 = Person { name: String::new(), age: 0 };
- let mut person2 = person1.clone();
-
- person1.name = "Alice".to_string();
- person1.age = 22;
- println!("Person 1: {}, {}", person1.name, person1.age);
- println!("Person 2: {}, {}", person2.name, person2.age);
- person2 = person1.clone();
- println!("Person 2: {}, {}", person2.name, person2.age);
- }
输出:
Person 1: Alice, 22
Person 2: , 0
Person 2: Alice, 22
结构体可用 模式匹配(Pattern Matching)来解构和访问其字段。
- struct Point {
- x: i32,
- y: i32,
- }
-
- fn main() {
- let p = Point { x: 10, y: 20 };
-
- match p {
- Point { x, y } => {
- println!("x:{}, y: {}", x, y);
- }
- }
- }
- struct Time {
- hour: i32,
- minute: i32,
- second: i32,
- }
-
- fn main() {
- let t = Time { hour: 10, minute: 30, second: 45 };
- match t {
- Time { hour, minute, second } => {
- print!("The time is {}:", hour);
- println!("{}:{}", minute, second);
- }
- }
- }
结构体的大小在C/C++中使用运算符 sizeof 来计算;在Rust语言中,则使用标准库中的一个模块std::mem::中的size_of和size_of_val,它提供了与内存管理相关的函数。
用于计算给定类型的大小,不接受任何参数。这个函数返回一个给定类型的大小(以字节为单位)。它是一个泛型函数,可以用于任何类型。
示例:
- #![allow(dead_code)]
-
- struct Point {
- x: i32,
- y: i32,
- }
-
- struct Person {
- name: String,
- age: i32,
- height: f32,
- is_employed: bool,
- }
-
- fn main() {
- let point = Point { x: 10, y: 20 };
- println!("Size of Point: {}", std::mem::size_of::<Point>());
-
- let person = Person {
- name: "Hann Yang".to_string(),
- age: 50,
- height: 1.72,
- is_employed: true,
- };
- println!("Size of Person: {}", std::mem::size_of::<Person>());
- }
输出:
Size of Point: 8
Size of Person: 40
用于计算给定值的大小,接受一个值作为参数。它用于获取一个值的大小(以字节为单位)。与 size_of 函数不同的是,size_of_val 函数可以用于任何值,而非类型。
示例:
- #![allow(dead_code)]
-
- struct Point {
- x: i32,
- y: i32,
- }
-
- struct Person {
- name: String,
- age: i32,
- height: f32,
- is_employed: bool,
- }
-
- fn main() {
- let point = Point { x: 10, y: 20 };
- println!("Size of Point: {}", std::mem::size_of_val(&point));
-
- let person = Person {
- name: "Hann Yang".to_string(),
- age: 50,
- height: 1.72,
- is_employed: true,
- };
- println!("Size of Person: {}", std::mem::size_of_val(&person));
- }
输出:
Size of Point: 8
Size of Person: 40
注意:在这两个例子中,计算类型大小和值大小的结果都是相同的,因为这里没有涉及到指针或其他复杂的情况。
结构体是Rust中一种重要的数据结构,用于组织不同类型的字段。以下是结构体的重点内容的总结:
struct
关键字来定义结构体,结构体可以包含多个字段,每个字段可以有不同的类型。.
运算符来访问结构体字段。()
)、元组结构体(用逗号分隔的多个字段)和具名结构体(有自定义名称的字段)。impl
关键字在结构体上定义关联函数,用于在结构体实例上执行特定操作。关联函数可以是普通函数或方法。derive(Debug)]
来自动实现fmt::Debug
trait,实现自定义的打印输出格式。derive
属性来自动实现其他trait,如PartialEq
(部分相等性)、Default
(默认值)和Clone
(克隆)。#[repr(C)]
来指定大小和布局。总的来说,结构体是Rust中非常强大和灵活的数据结构,可以用于组织和操作各种类型的数据。通过使用结构体、方法、关联函数和其他相关特性,可以轻松地实现复杂的数据结构和算法。
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