Rust 常用集合（下）

1、使用 Hash Map 储存键值对

最后介绍的常用集合类型是 哈希 map（hash map）。

HashMap<K, V>

类型储存了一个键类型

K

对应一个值类型

V

的映射。它通过一个 哈希函数（hashing function）来实现映射，决定如何将键和值放入内存中。很多编程语言支持这种数据结构，不过通常有不同的名字：哈希、map、对象、哈希表或者关联数组。

哈希 map 可以用于需要任何类型作为键来寻找数据的情况，而不是像 vector 那样通过索引。例如，在一个游戏中，你可以将每个团队的分数记录到哈希 map 中，其中键是队伍的名字而值是每个队伍的分数。给出一个队名，就能得到他们的得分。

1.1 新建一个哈希 map

可以通过

get

方法并提供对应的键来从哈希 map 中获取值，如下 所示：

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let key = "math";
    scores.insert(key, 93);
    println!("{:?}", scores);
}

注意必须首先

use

标准库中集合部分的

HashMap

。在这三个常用集合中，

HashMap

是最不常用的，所以并没有被自动引用。标准库中对

HashMap

的支持也相对较少，例如，并没有内建的构建宏。

像 vector 一样，哈希 map 将它们的数据储存在堆上，这个

HashMap

的键类型是

String

而值类型是

i32

。类似于 vector，哈希 map 是同质的：所有的键必须是相同类型，值也必须都是相同类型。

1.2 访问哈希 map 中的值

可以通过

get

方法并提供对应的键来从哈希 map 中获取值，如下所示：

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let key = "math";
    scores.insert(key, 93);
    println!("{:?}", scores);
    println!("{:?}", scores.get(&key).copied().unwrap_or(0)); // 93
}

get

方法返回

Option<&V>

，如果某个键在哈希 map 中没有对应的值，

get

会返回

None

。程序中通过调用

copied

方法来获取一个

Option<i32>

而不是

Option<&i32>

，接着调用

unwrap_or

在

scores

中没有该键所对应的项时将其设置为零。

可以使用与 vector 类似的方式来遍历哈希 map 中的每一个键值对，也就是

for

循环：

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let key = "math";
    scores.insert(key, 93);
    for (key, value) in &scores {
        println!("{:?}: {:?}", key, value)
    }
}

这会以任意顺序打印出每一个键值对：

"math": 93

1.3 哈希 map 和所有权

对于像

i32

这样的实现了

Copy

trait 的类型，其值可以拷贝进哈希 map。对于像

String

这样拥有所有权的值，其值将被移动而哈希 map 会成为这些值的所有者，如下所示：

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let key = String::from("math");
    scores.insert(key, 93);
    println!("{key}");  // 编译报错，key的所有权被改变
}

当

insert

调用将 key 移动到哈希 map 中后，key的所有权将会改变，打印的地方会报错。

如果将值的引用插入哈希 map，这些值本身将不会被移动进哈希 map。但是这些引用指向的值必须至少在哈希 map 有效时也是有效的。

1.4 更新哈希 map

尽管键值对的数量是可以增长的，每个唯一的键只能同时关联一个值，反之不一定成立。

当我们想要改变哈希 map 中的数据时，必须决定如何处理一个键已经有值了的情况。可以选择完全无视旧值并用新值代替旧值。可以选择保留旧值而忽略新值，并只在键 没有 对应值时增加新值。

1.4.1 覆盖一个值

如果我们插入了一个键值对，接着用相同的键插入一个不同的值，与这个键相关联的旧值将被替换。

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let key1 = String::from("math");
    let key2 = String::from("math");
    scores.insert(key1, 93);
    scores.insert(key2, 100);
    println!("{:?}", scores); // {"math": 100}
}

1.4.2 只在键没有对应值时插入键值对

我们经常会检查某个特定的键是否已经存在于哈希 map 中并进行如下操作：如果哈希 map 中键已经存在则不做任何操作。如果不存在则连同值一块插入。

为此哈希 map 有一个特有的 API，叫做

entry

，它获取我们想要检查的键作为参数。

entry

函数的返回值是一个枚举，

Entry

，它代表了可能存在也可能不存在的值。如下所示：

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let key1 = String::from("math");
    let key2 = String::from("math");
    scores.entry(key1).or_insert(93);
    scores.entry(key2).or_insert(100);
    println!("{:?}", scores);  // {"math": 93}
}

Entry

的

or_insert

方法在键对应的值存在时就返回这个值的可变引用，如果不存在则将参数作为新值插入并返回新值的可变引用。这比编写自己的逻辑要简明的多，另外也与借用检查器结合得更好。

1.4.3 根据旧值更新一个值

另一个常见的哈希 map 的应用场景是找到一个键对应的值并根据旧的值更新它。例如，以下示例中统计数组中每个单词出现的次数。

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let arr = ["math", "other", "english", "other", "english"];
    for w in arr {
        let count = scores.entry(w).or_insert(0);
        *count += 1;
    }
    println!("{:?}", scores);  // {"english": 2, "math": 1, "other": 2}
}

这里我们将这个可变引用储存在

count

变量中，所以为了赋值必须首先使用星号（

*

）解引用

count

。这个可变引用在

for

循环的结尾离开作用域，这样所有这些改变都是安全的并符合借用规则。

1.4.4 移除hash map的某一项

可以根据传入的key值，删除hash map中的key以及对应的值。如下所示：

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let arr = ["math", "other", "english", "other", "english", "english"];
    for w in arr {
        let count = scores.entry(w).or_insert(0);
        *count += 1;
    }
    scores.remove("math");
    println!("{:?}", scores); // {"other": 2, "english": 3}
}

1.4.5 清空hash map

如果需要清空一个hash ma的值，可以使用clear() 方法，如下所示：

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    let arr = ["math", "other", "english", "other", "english", "english"];
    for w in arr {
        let count = scores.entry(w).or_insert(0);
        *count += 1;
    }
    println!("{:?}", scores.clear()); // ()
}

1.5 哈希函数

HashMap

默认使用一种叫做 SipHash 的哈希函数，它可以抵御涉及哈希表（hash table）1 的拒绝服务（Denial of Service, DoS）攻击。然而这并不是可用的最快的算法，不过为了更高的安全性值得付出一些性能的代价。如果性能监测显示此哈希函数非常慢，以致于你无法接受，你可以指定一个不同的 hasher 来切换为其它函数。hasher 是一个实现了

BuildHasher

trait 的类型。

crates.io 有其他人分享的实现了许多常用哈希算法的 hasher 的库。

https://en.wikipedia.org/wiki/SipHash

1.6 总结

在这里大概讲到了vector、字符串和哈希 map 的一些基本应用，其他的一些场景可以再去练习，其他的一些功能，也可以参考官方的文档。