Rust 从入门到精通05-数据类型

Rust 是 静态类型（statically typed）语言，也就是说在编译时就必须知道所有变量的类型。

在 Rust 中，每一个值都属于某一个 数据类型（data type），分为两大类：

①、标量（scalar）：整型、浮点型、布尔类型、字符类型

②、复合（compound）:元祖(tuple)、数组（array）、结构体（struct）

1、标量scalar

每个类型有一个单独的值。

1.1 整型

表示没有小数部分的数字，分为有符号（以 i 开头）和无符号（以 u 开头）整型。

数字类型的默认类型是 i32。

长度	有符号	无符号
8-bit	i8	u8
16-bit	i16	u16
32-bit	i32	u32
64-bit	i64	u64
128-bit	i128	u128
arch	isize	usize

每一个有符号的整型可以储存包含从 -(\(2^{n - 1}\)) 到 \(2^{n - 1}\) - 1 在内的数字，这里 n 是整型定义的长度。所以 i8 可以储存从 -\(2^7\)到 \(2^7\) - 1 在内的数字，也就是从 -128 到 127。无符号的变体可以储存从 0 到 \(2^{n - 1}\) 的数字，所以 u8 可以储存从 0 到 \(2^8 - 1\) 的数字，也就是从 0 到 255。

另外，isize 和 usize 类型依赖运行程序的计算机架构：64 位架构上它们是 64 位的， 32 位架构上它们是 32 位的。

1.1.1 所有数字字面量，可以在任意地方添加下划线_

fn int_test(){
    //所有数字字面量，可以在任意地方添加下划线_
    let x : u32 = 1_2_3;
    let y = x + 1;
    //打印结果为 124
    println!("{}",y);
}

1.1.2 字面量可以跟类型后缀，表示数字具体类型

//字面量可以跟类型后缀，表示数字具体类型
fn int_test2(){
    let x = 123i32;
    let y = x + 1;
    //打印结果为 124
    println!("{}",y);
}

1.1.3 直接对整型字面量调用函数

//直接对整型字面量调用函数
fn int_test3(){
    let x : i32 = 9;
    //打印结果为 729
    println!("9 power 3 = {}",x.pow(3));
}

1.1.4 整数溢出

Rust 对于整数溢出的处理方式如下：

①、默认情况下，在debug模式下编译器会自动插入整数溢出检查，一旦发生溢出，则会引发 panic；

②、在 release 模式下，不检查整数溢出，而是自动舍弃高位的方式。

1.1.5 如何选择

通常默认类型 i32 即可，它通常是最快的。

1.2 浮点

Rust 有两个原生的 浮点数（floating-point numbers）类型，它们是带小数点的数字。是基于 IEEE 754-2008 标准的浮点类型，分别是 f32 和 f64，分别占 32 位和 64 位。默认类型是 f64，因为在现代 CPU 中，它与 f32 速度几乎一样，不过精度更高。

fn float_test(){
    //123.0 f32类型
    let f1 = 123.0f32;
    //0.1 f64类型
    let f2 = 0.1f64;
}

1.3 布尔类型

布尔类型（bool）代表的是“是”和“否”的二值逻辑。它有两个值：

true和false

一般用在逻辑表达式中，可以执行“与”“或”“非”等运算。

fn bool_test(){
    let x = true;
    //取反运算
    let y = !x;

    //逻辑与，带短路功能
    let z = x && y;

    //逻辑或，带短路功能
    let z = x || y;

}

1.4、字符类型

字符类型由 char 表示。它可以描述任何一个符合 unicode 标准的字符值。在代码中，单个的字符字面量用单引号包围（不同于字符串用）：

1.4.1 4个字节字符

let heart_eyed_cat = '';

因为 char 类型的设计目的是描述任意一个 unicode 字符，因此它占据的内存空间不是1个字节，而是 4 个字节。

这意味着它可以比 ASCII 表示更多内容。在 Rust 中，拼音字母（Accented letters），中文、日文、韩文等字符，emoji（绘文字）以及零长度的空白字符都是有效的 char 值。Unicode 标量值包含从 U+0000 到 U+D7FF 和 U+E000 到 U+10FFFF 在内的值。

1.4.2 1个字节字符-u8

let x : u8 = 1;

对于 ASCII 字符其实只需要占据一个字节的空间，因此Rust 提供了单字节字符字面量来表示 ASCII 字符。

注意：我们还可以通过一个字母 b 在字符或者字符串前面，代表这个字面量存储在 u8 类型数组中，这样占用空间比 char 型数组要小一些。

let x : u8 = 1; let y : u8 = b'A';

2、复合compound

复合类型（Compound types）可以将多个值组合成一个类型

2.1 元祖（tuple）

①、由圆括号()包含一组表达式组成；

②、长度固定，一旦声明，其长度不会增大或缩小。

③、rust中可以存放不同类型的数据类型

2.1.2 实例

fn tuple_test1(){
    //包含两个元素：1和false
    let a = (1i32,false);
    //包含两个元素：1和元祖，元祖包含两个字符1和2
    let b = (1,("1","2"));
}

2.1.3 如果元祖只有一个元素，应该添加一个逗号，用来区分括号表达式和元祖

//如果元祖只有一个元素，应该添加一个逗号，用来区分括号表达式和元祖
fn tuple_test2(){
    //a 是一个元祖，只有一个元素1
    let a = (1,);
    //b 是一个括号表达式，它是 i32类型
    let b = (1);
}

2.1.4 访问元祖元素

①、模式匹配解构

//元祖:模式匹配
fn tup_test4(){
    let tup = (1,1.1,2);
    let (x,y,z) = tup;
    println!("x={},y={},z={}",x,y,z);
}

②、数字索引

//元祖:数字索引
fn tup_test5(){
    let tup = (1,1.1,2);
    println!("x={},y={},z={}",tup.0,tup.1,tup.2);
}

2.2 数组（array）

①、由中括号[] 包含一组表达式组成；

②、数组中每个元素的类型必须相同（元祖tuple可以不同）;

③、长度固定，一旦声明，其长度不会增大或缩小。

2.2.1 实例

有三种方式声明。

//数组：实例
fn array_test1(){
    //1、省略类型和长度
    let a = [1,1,1,1];

    //2、声明类型和长度
    let b:[i32;4] = [1,1,1,1];

    //3、声明初始值和长度
    let c = [1;4];

    println!("{}",a == b);//true
    println!("{}",a == c);//true
    println!("{}",c == b);//true
}

2.2.2 访问数组元素

①、通过下标访问

初始下标是0

//数组：访问元素
fn array_test2(){
    let a = [1,2,3,4];
    println!("a[0]={}",a[0]);
    println!("a[1]={}",a[1]);
    println!("a[2]={}",a[2]);
}

②、通过 get() 方法

注意返回值是 Option

//数组：访问元素
fn array_test3(){
    let a = [1,2,3,4];
    let first = a.get(0);
    let last = a.get(4);
    println!("{:?}",first);//Some(1)
    println!("{:?}",last);//None
}

2.2.3 数组越界访问异常

如果声明的数组有4个，但是访问下标大于或等于4，则会在运行时抛出异常（编译能过）。

//数组：访问元素
fn array_test3(){
    let a = [1,2,3,4];
    println!("a[4]={}",a[4]);
}

2.2.4 避免数组越界程序崩溃

如果我们不确定读取数组的索引是否合法，上面通过索引的方式访问就会发生异常，导致程序奔溃。

为了避免这种情况，我们可以使用 get(index) 的方法来获取数组中的元素，其返回值是 Option

//数组：访问元素
fn array_test3(){
    let a = [1,2,3,4];
    let first = a.get(0);
    let last = a.get(4);
    println!("{:?}",first);//Some(1)
    println!("{:?}",last);//None
}

2.3 结构体（struct）

结构体和元祖类似，都可以把多个类型组合到一起，作为新的类型。

结构体又可以分为三种具体类型:

// 具名结构体
struct Name_Struct {
    x : f32,
    y : f32,
}
// 元祖结构体
struct Tuple_Struct(f32,f32);

// 单元结构体
struct Unit_Struct;

2.3.1 具名结构体

//结构体
fn struct_test1(){
    struct Point{
        x : i32,
        y : i32,
    }
    let p = Point{x:0,y:0};
    println!("{},{}",p.x,p.y);
}

①、每个元素之间采用逗号分开，最后一个逗号可以省略不写。

②、类型依旧跟在冒号后面，但是不能使用自动类型推导功能，必须显示指定。

局部变量和结构体变量一致，可以省略掉重复的冒号初始化

//局部变量和结构体变量一致，可以省略掉重复的冒号初始化
fn struct_test2(){
    struct Point{
        x : i32,
        y : i32,
    }
    let x = 10;
    let y = 20;
    let p = Point{x,y};
    println!("{},{}",p.x,p.y);
}

2.3.2 元祖结构体tuple struct

这是前面介绍的 tuple 和 struct 两种类型的混合，tuple struct 结构有名字，但是成员没有名字。

名字加圆括号，类型有单独的名字，成员没有单独的名字。

fn tuple_struct(){
    struct Color (
        i32,
        i32,
        i32
    );
}

访问方法

通过下标访问：

fn tuple_struct(){
    struct Color (
        i32,
        i32,
        i32
    );

    let v1 = Color(1,2,3);
    println!("{},{},{}",v1.0,v1.1,v1.2)
}

2.3.3 单元结构体

// 单元结构体
struct Unit_Struct;

单元结构体不会占用任何内存空间。

3、枚举 enum

如果说 tuple、struct、tuple struct 在 Rust 中代表的是多个类型的“与”关系，那么 enurn类型在 Rust 中代表的就是多个类型的“或”关系。

Rust 的 enurn 中的每个元素的定义语法与 struct 的定义语法类似。可以像空结构体一样，不指定它的类型；也可以像 tuple struct 一样，用圆括号加无名成员；还可以像正常结构体一样，用大括号加带名字的成员。

fn main() {
    let x = enum_define::Int(12);
    let y = enum_define::Float(3.2);
    let z = enum_define::Move {x:1,y:2};
    let k = enum_define::Color(255,255,255);
    match x {
        enum_define::Int(i) => {
            println!("{}",i);
        },
        enum_define::Float(f) => {
            println!("{}",f);
        },
        enum_define::Move{x,y} => {
            println!("{} {}",x,y);
        },
        enum_define::Color(x,y,z) => {
            println!("{}{}{}",x,y,z);
        }
    }
}

enum enum_define{
    Int(i32),
    Float(f32),
    Move{x:i32,y:i32},
    Color(i32,i32,i32),
}

4、特殊数据类型

4.1 Never 类型

表示不可能返回值的数据类型。

①、类型理论中，叫做底类型，底类型不包含任何值，但它可以合一到任何其它类型；

②、Never 类型用感叹号“!" 表示；

③、目前还未稳定，但是rust内部已经开始用了。

5、常见错误

5.1 类型转换必须通过 as 关键字显式声明

//类型转换必须通过 as 关键字显式声明
fn switch_test(){
    let var1 : i8 = 1;
    let var2 : i32 = var1;
}

报错如下：

增加 as 关键字显示声明即可。

//类型转换必须通过 as 关键字显式声明
fn switch_test(){
    let var1 : i8 = 1;
    let var2 : i32 = var1 as i32;
}

5.2 复合数据类型允许递归，但是不允许直接嵌套

//复合数据类型不允许直接嵌套
fn recursive(){
    struct recur {
        data : i32,
        rec : recur
    }
}

报错如下：