【RUST编程之道】RUST快速入门_rust 快速入门

由于博主是Java开发，会通过Java与Rust语言进行对比学习，有问题希望大家指出，互相沟通学习。

一. RUST语言的基本构成

1. 语言规范
2. 编译器
   官方编译器为rustc，负责将RUST源代码编译为可执行文件或其他库文件。
3. 核心库
   核心库为标准库的基础，不依赖于操作系统和网络，比如编写一个操作系统或者嵌入式，就无法使用到标准库的信息。
   如一些基础的trait，Copy，Debug，Option，assert！，env！，bool，i32/u32，slice，tuple等。
4. 标准库
   标准库比较依赖于平台，比如并发，IO，消息传递，以及TCP，UDP等。
5. 包管理器
   按照一定规则组织的多个rs文件编译后就得到一个包（crate），一般常用的包管理器为Cargo。

二. 变量的绑定

在Rust中，变量通过let关键字来创建。

fn main() {
	let first = 1;
	println!("first number is {}", first); // first number is 1。
	}
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上述表明了标识符first与值1的绑定关系。

1.位置表达式和值表达式

位置表达式是表示内存位置的表达式，比如：

1. 本地变量
2. 静态变量
3. 解引用
4. 数组索引
5. 字段引用
6. 位置表达式
   通过位置表达式可以对某个数据单元的内存进行读写。

值表达式一般只是引用了某个存储单元地址中的数据，只能进行读取操作。

位置表达式一般代表了持久性数据，值表达式代表了临时数据。值表达式要么是字面量，要么是求值过程中创建的临时值。
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2.不可变绑定与可变绑定

前面所说的let关键字默认声明的位置表达式为不可变的。

fn main() {
	let a = 1;
	//a = 2; //无法改变a的值，因为默认为不可变绑定
	let mut b = 2;
	b = 3 //加入mut关键字，声明为可变位置表达式。
}
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let默认声明的不可变绑定只能对相应的存储单元进行读取，加入mut关键字后可进行写入操作。

3.所有权和借用

先看代码，在下面代码中

fn main() {
	let str1 = "hello";
	let str2 = "hello".to_string();
	let other = str1;
	println!("{:?}", str1);
	let other = str2;
	println!({"?}", str2);
}
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每个变量绑定实际上都是拥有该存储单元的所有权，这种转移内存地址的行为就是所有权转移，在RUST中被称为移动，那种不转移的情况被称为复制。
在日常开发中，有时候无需转移所有权，可以通过借用操作符&，直接取内存位置，可以通过该内存位置对存储进行读取。

fn main() {
	let a = [1,2,3];
	let b = &a; //借用a，a的所有权不转移。
	println("{:?}", b); //打印a的地址。
	let mut c = vec![1,2,3];
	let d  = &mut c; //变量c的可变借用
	d.push(4);
	println("{:?}", d); //打印结果为[1,2,3,4];
	let e = &42;
	assert_eq!(42, *e); //*为解引用符号， 可直接获取到e的具体值。
}
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上述代码使用&借用符后，将赋值表达式右侧变成了位置上下文，只是共享内存地址。
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三.函数与闭包

1.函数的定义

函数通过fn关键字定义。如下列代码：

pub fn fizz_buzz(num: i32) -> String {
	if num % 15 == 0 {
		return "fizzbuzz".to_string();
	} else if num % 3 == 0 {
		return "fizz".to_string();
	} else if num % 5 == 0 {
		return "buzz".to_string();
	} else {
		return num.to_string();
	}
}
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上述代码中，通过关键字fn定义一个fizz_buzz的函数，函数中的括号为入参类型，约定入参类型为i32，符号->后面的String为该函数的返回类型，该函数定义的返回类型为String。

2.作用域与生命周期

简单来讲，一个大括号就是一个生命周期，Rust语言的作用域是静态作用域。

fn main() {
	let v = "hello world";
	let v = "hello rust";
	{
		let v = "hello handsome boy";
		println!("{?}", v);//新的作用域，这里输出的是hello handsome boy
	}
	println!("{"?}", v); //由于在同一个作用域中，第二个覆盖了第一个，所以这里输出的是hello rust。这种情况被称为变量屏蔽。
}
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上述代码中，虽然是同样的代码变量，但是在不同的作用域，所以拥有不同的生命周期。

3.函数指针

万物皆与函数，函数在Rust语言中分量很大，所以函数本身可以作为其他函数的参数和返回值使用。
下面是函数作为参数的情况：

//op为一个定义的函数
pub fn math(op: fn(i32,i32) ->i32, a: i32, b: i32) -> i32 {
	op(a,b)
}
fn sum(a:i32, b:i32) -> i32{
	a+b
}
fn product(a:i32, b:i32) -> i32 {
	a*b
}
fn main() {
	let a = 2;
	let b = 3;
	let sum_res = math(sum, a, b);
	let product_res = math(product, a, b);
	println!("the sum result is {:?}", sum_res);//5
	println!("the product result is {:?}", product_res);//6
}
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下面是函数作为返回值的情况：

fn is_true() -> bool {
	true
}
fn true_maker() ->fn() -> bool {
	is_true//这里不能加上()，如果加上()后会直接调用is_true这个函数，不加则是返回同名函数的指针。
}
fn main() {
	(true_maker())();//由于true_maker返回的是is_true的指针，加上()后则是直接调用该函数
}
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4.闭包

闭包的特点：

1. 类似于Java中的匿名函数
2. 可以捕获到上下文环境中的自由变量
3. 可以推断出输入和返回的类型

下面是闭包的演示代码：

fn main() {
	let out = 42;

	fn add(i: i32, j: i32) -> i32 {
		i+j
	}
	let closure_annotated = |i: i32, j: i32| -> i32 {
		i+j+out
	}; //由于闭包理解成一个变量形式，所以需要用;结尾
	let closure_inferred = |i, j| i+j+out;
	let i = 1;
	let j = 2;
	println!("{:?}",add(i,j)); //3
	println!("{:?}",closure_annotated(i, j)); //45
	println!("{:?}",closure_inferred(i, j));  //45
}
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闭包和函数的重要区别在于，闭包可以捕获到外部变量，但是函数不可以。
比如上述方法中的add改为fn add(i:i32,j:i32)->i32{ i+j+out}则会出错。但是闭包可以。
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闭包也可以作为函数的参数和返回体，下面是闭包作为参数：

fn math<F: Fn() -> i32>(op: F) ->i32 {
	op()
}

fn main() {
	let a = 2;
	let b = 3;
	println!("result is {:?}", math(|| a + b)); //5
	println!("result is {:?}", math(|| a*b)); //6
}
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上述定义了函数math，其参数是一个泛型F，并且这个F受到一个Fn() -> i32的trait限定，（trait理解成Java中的interface接口），代表该函数只允许实现Fn()->i32的trait的类型作为参数。
所以Rust中的闭包实际上就是一个匿名结构体和trait来组合实现的。

闭包作为返回值的情况：

fn two_times_impl() -> impl Fn(i32) -> i32 {
	let i = 2;
	move |j| j * i//move关键字将i的所有权转移到闭包中，因为闭包默认是引用，这里是为了防止悬垂指针，后续更新。
}
fn main() {
	let result = two_times_impl();
	println!("result is {:?}", result(2));
}
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上述代码中，定义了impl Fn(i32)->i32作为返回值类型，但是在函数定义的时候并不知道具体的返回类型，在函数调用时，编译器会推断出来。

四.流程控制

主要讲条件语句和循环语句

1.条件表达式

之所以叫表达式，就代表其一定有值，而且if表达式的各个分支必须返回同一个类型的值。

fn main() {
	let n = 13;
	let big_n = if (n < 10 && n > -10 ){
		10*n
	} else {
		n/2
	};
	println!("big_n is {:?}", big_n); //6
}
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上述代码中，根据逻辑推断出走的else分支，但是13/2应该是6.5，由于变量n默认推断为i32类型，且big_n变量也已经被Rust编译器根据上下文默认推断为i32类型，所以在计算n/2的时候，Rust编译器会将结果截取来符合所推断类型i32。

2.循环表达式

在Rust中，存在三种循环表达式：while，loop，for…in。
下面用for实现FizzBuzz：

fn main() {
	for n in 1..101 {
		if n % 15 == 0 {
			println!("fizzbuzz");
		} else if n % 3 == 0 {
			println!("fizz");
		} else if n % 5 == 0 {
			prinln!("buzz");
		} else {
			prinln!("{}", n);
		}
	}
}
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	当使用无限循环的时候Rust可使用loop，避免使用while true
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3.match表达式

fn main() {
	let number = 42;
	match number {
		0 => println!("zero"),
		1...3 => println!("one to three"),
		5 | 7 | 13 => println!("five or seven or thire"),
		n @ 42 => println!("you can use n in this match,n is {}", n),
		_ => println!("others"),
		}
	}
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这种格式分为左右两个分支，左侧为number所匹配的具体结果，右侧为执行代码，上述代码，当number为0的时候，输出zero，当为数字1-3之间的数字时，执行右侧代码，依次，下面是单独匹配，当是5，7，13之间某一位数字的时候执行右侧代码，@符号为match中的赋值符号，可以把当前值赋值给变量n，供右侧代码使用。最后的下划线_为其余情况统一执行右侧代码。
match表达式左侧为模式，右侧为执行的代码。

5.if let和 while let表达式

这两个是在某些情况来代替match表达式的。

fn main() {
	let boolean = true;
	let mut binary = 0;
	if let true = boolean {
		binary = 1;
	}
	assert_eq!(binary, 1);
}
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if let表达式左侧为模式，右侧为具体的值，上述代码及当boolean变量为true的时候，将binary的值从0改为1。
在某些循环场合下，while let可简化代码，循环代码如下：

fn main() {
	let mut v = vec![1,3,5];
	loop {
		match v.pop() {
			Some(x) => println!("{}",x),
			None => break,
		}
	}
}
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上述代码中，None => break只负责跳出代码，可简化，改为while let及为：

fn main() {
	let mut v = vec![1,3,5];
	while let Some(x) = v.pop() {
		println!("{}", x);
	}
}
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五.基本数据类型

1. 布尔类型

Rust内置了布尔类型，类型名为bool，只有两个值，true和false。

fn main() {
	let x = true;
	assert_eq!(x as i32, 1);// 可以通过as把bool类型转为数字类型，但是不能数字转bool
	let y: bool = false;
	let x = 5;
	if x > 1 {
		println!("x is bigger than 1 ")
	};
	assert_eq!(y as i32, 0);
}
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2.基本数字类型

Rust的基本数字类型可为三类：固定取值范围的类型，动态取值范围的类型，浮点类型

• 固定取值范围的为无符号整数和符号整数，
  无符号：u8，u16，u32，u64，u128，后面的数字代表占有多少位，比如u8占用8位及一个字节。
  有符号：i8，i16，i32，i64，i128，与无符号一样的含义。
• 动态取值范围类型：
  usize，占用4个或者8个字节，取决于机器的字长。
  isize，与上诉usize一样。
• 浮点类型：
  f32，单精度32位浮点数，至少6位有效数字。
  f64，双精度64位浮点数，至少15位有效数字。

3.字符类型

在Rust中，用单引号来定义字符，每个字符占4个字节。

fn main() {
	let x = 'r';
	}
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4.数组类型

数组类型的特点：

• 数组大小是固定的
• 元素均为同一类型
• 默认是不可变的
  数组类型的声明方式位[T; N]，T为泛型，就是指定为某一特定类型，后续不可变，N为数组的长度。

fn main() {
	let arr: [i32, 3] = [1,2,3];
	let mut mut_arr = [1,2,3];// 绑定为一个可变数组
	assert_eq!(1, arr[0]);
	mut_arr[0] = 3; // 可修改可变数组中的数据
	assert_eq!(3, mut_arr[0]);
	let init_arr = [0; 10];	//创建一个长度为10，初始值为0的数组
	//println!("out index is error :{}", arr[5])编译失败，数组越界。
}
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对于越界的数组，Rust会编译报错。
对于原始的数组，只有实现了Copy trait的类型才能作为其元素。

5.范围类型

范围类型包括了左闭右开和全闭合两种。

fn main() {
	assert_eq!((1..5), std::ops::Range{start: 1, end: 5});//左闭右开
	assert_eq!((1..=5), std::ops::RangeInclusive::new(1, 5));//全闭合
	assert_eq!(3+4+5, (3..=5).sum());
	assert_eq!(3+4+5, (3..6).sum());
	for i in (1..5) {
		println!("{}", i);// 1,2,3,4
	}
	
	for i in (1..=5) {
		println!("{}", i);// 1,2,3,4,5
	}
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6.切片类型

切片类型是对一个数组（包括固定大小的数组和动态数组）的引用片段，有利于安全有效的访问数组的一部分，而不需要拷贝。理论上切片的引用是已经存在的变量，在底层，切片代表一个指向数组起始位置的指针和数组长度。用[T]类型表示连续序列，那么切片类型就是&[T]和&mut [T]。

fn main() {
	let arr: [i32, 5] = [1,2,3,4,5];
	assert_eq!(&arr, &[1,2,3,4,5]);
	assert_eq!(&arr[1..], [2,3,4,5]); //表示获取索引1以后的所有元素，索引是从0开始计算的。
	assert_eq!((&arr).len(), 5);
	let arr = &mut [1,2,3];// 定义一个可变切片，可以直接通过索引修改对应的值。
	arr[1] = 7;
	assert_eq!(arr, &[1,7,3]);
	let vec = vec![1,2,3];
	assert_eq!(&vec[..], [1,2,3]);
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7. str字符串类型

Rust存在原始的字符串类型str，通常都是以不可变借用的形式存在，既&str（字符串切片），处于内存安全考虑，Rust将字符串分为两类，一种是固定长度字符串，&str，另一种是可增长字符串，可以随意改变其长度，String。

fn main() {

	// 定义一个静态生命周期的str字符串，则truth的生命周期和该程序代码的生命周期是同步的。
	let truth: &'static str = "Rust是一门优雅的语言";
	let ptr = truth.as_ptr();
	let len = truth.len();
	assert_eq!(28, len);
}
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• &str字符串类型由两个部分组成：指向字符串序列的指针和记录长度的值。分别对应的方法为as_ptr和len方法。

8.原生指针

可以表示内存地址的类型被称为指针。Rust中包括了多种指针，引用（reference），原生指针（Raw Pointer），函数指针（fn pointer）和智能指针（Smart Pointer）。