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Rust 进阶学习

Rust 进阶学习

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所有权

所有权规则：

  • 每个值都有一个变量，这个变量称为所有者；
  • 每个值同时只能有一个所有者；
  • 当所有者超出作用域时，它在内存中对应的值会被删除。

作用域

最简单的就是函数内的变量，在函数体外无法使用，因为在函数体外变量已经被删除

fndemo_func(){let demo_var =1;println!("{}", demo_var);//函数体内的变量可以使用}fnmain(){demo_func();println!("demo_var: {}", demo_var);//超出作用域无法使用}

移动和克隆

移动需要分两种情况讨论。

对于基础数据类型以及由基础数据类型构成的复合类型，都是保存在栈内存中的数据值，进行变量赋值时，会在内存中复制一个同样的值。

如：

fnmain(){let x =5;let y = x;println!("x: {}, y: {}", x, y);/* x: 5, y: 5 */}

对于保存在堆中的值，变量赋值时，会进行“移动”。

如，对String变量进行变量间的赋值：

fnmain(){let s1 =String::from("hello");let s2 = s1;println!("s2: {}", s2);// s2通过移动指向了字符串hello的内存，可以打印println!("s1: {}", s1);// s1 已经失效，编译报错。 }

s1赋值给s2后，因为任何值只有一个所有者，s1不能再指向hello字符串这个内存值，所以s1不再有效。即进行了所谓的“移动”。

如果想要实现变量值之间的复制，需用通过克隆。如：

fnmain(){let s1 =String::from("hello");let s2 = s1.clone();// 将hello字符串克隆一份，s2指向克隆后的内存println!("s2: {}", s2);// s2指向克隆后的hello字符串println!("s1: {}", s1);}

通过克隆，在内存中生成了一份相同的值，让新的变量指向它，不会导致原有内存值所有权被剥夺。

涉及函数的所有权机制

涉及参数的所有权

对于堆中的变量值，所有权会跟随函数参数进行转移：

fnmain(){letstr=String::from("param");string_print(str);// 此处str已经无效，param字符串的所有权已经被转移到函数中print!("str: {}",str);}fnstring_print(str:String){println!("{}",str);}

基础数据类型变量值不会转移：

fnmain(){let number =10;number_print(number);println!("number: {}", number);}/*  输出：
number_print: 10
number: 10
*/fnnumber_print(num:i32){println!("number_print: {}", num);}

涉及返回值的所有权

当变量被函数当作返回值返回时，所有权也会转移：

fnmain(){let s1 =return_string();println!("s1: {}", s1);}fnreturn_string()->String{letstr=String::from("a string");returnstr;}

来看一下更复杂的情况，返回函数参数：

fnmain(){let s1 =return_string();println!("s1: {}", s1);// 字符串hello所有权从函数中移动到s1let return_str =return_string_from_param(s1);// 字符串hello所有权移入函数中，再从函数中移出// println!("s1: {}", s1);// 此处s1已经无效，之前的内存值已经其他所有者占用println!("return_str: {}", return_str);}fnreturn_string()->String{letstr=String::from("hello");returnstr;}fnreturn_string_from_param(str:String)->String{returnstr;}

还是上面的原则，所有权会随函数参数移动，函数内的值也会随返回值移动。

引用和租借

引用不会占用所有权，通过引用可以访问变量值，但不能修改值。

fnmain(){letstr=String::from("hello");let str_reference =&str;//引用strprintln!("str: {}, str_reference: {}",str, str_reference);// str: hello, str_reference: hello// str_reference.push_str("world");// 报错，引用无法修改原有的值}

引用可以理解为类似c指针指向。引用变量会指向变量本身，但变量值的所有权还是归原变量所有。通过引用访问变量值，是对所有权的“租借”。“租借”只能进行值访问，不能进行值修改。

引用指向的是变量本身，当变量失去内存值的所有权，导致无效时，引用也同样无效。如：

fnmain(){letstr=String::from("hello");// str获得hello字符串的所有权let str_reference =&str;//引用strlet str_replace =str;// hello字符串所有权被移动，str无效println!("str_replace: {}", str_replace);// println!("str_reference: {}", str_reference);//报错，引用指向的是str，str已经无效，引用也无效}

最后一行关闭注释，编译时会报错，提示你变量已经被租借，无法再移动：

boys@server:~/rust_study/demo$ cargo run
   Compiling demo v0.1.0 (/home/boys/rust_study/demo)
error[E0505]: cannot move out of `str` because it is borrowed
 --> src/main.rs:4:23
  |2|let str = String::from("hello");// str获得hello字符串的所有权
  |         --- binding `str` declared here
3|let str_reference =&str;//引用str
  |                         ---- borrow of `str` occurs here
4|let str_replace = str;// hello字符串所有权被移动，str无效
  |                       ^^^ move out of `str` occurs here
5|     println!("str_replace: {}", str_replace);6|     println!("str_reference: {}", str_reference);//报错，引用指向的是str，str已经无效，引用也无效
  |                                   ------------- borrow later used here

For more information about this error, try `rustc --explain E0505`.
error: could not compile `demo`(bin "demo") due to previous error

可变引用

普通引用无法修改原有内存值，通过可变引用可以修改。需要加关键字 

mut

。

fnmain(){letmutstr=String::from("hello ");// str是mut可变的let str_reference =&mutstr;//可变引用str
    str_reference.push_str("world");println!("str_reference: {}", str_reference);//str_reference: hello world}

为了防止出现并发访问问题，可变引用不可以多重引用。如：

fnmain(){letmut string =String::from("hello");let s1 =&mut string;let s2 =&mut string;println!("s1: {}, s2: {}", s1, s2);//此处打印会报错，不能进行多重可变引用}

会提示：

cannot borrow `string` as mutable more than once at a time

不可变引用因为无法修改变量的内存值，是只读的，不会产生竞态，因此可以多重引用。

fnmain(){let string =String::from("hello");let s1 =&string;let s2 =&string;println!("s1: {}, s2: {}", s1, s2);// 不可变引用因为只是读取了变量内存值，可以进行多重引用}

可变引用和不可变引用不能同时使用。非常容易理解，因为可变引用可以修改内存值，这会导致竞态、并发访问问题。RUST中是不允许的。

枚举类

枚举是对某类事物可能情况的列举。使用enum关键字定义枚举。

如，枚举操作系统类型：

enumOperateSystem{Android,IOS,Linux,Unix,Windows,}

打印枚举，需要添加宏：

#[derive(Debug)]

使用 

{:?}

占位符格式化为字符串打印出来：

#[derive(Debug)]enumOperateSystem{Android,IOS,Linux,Unix,Windows,}fnmain(){let os =OperateSystem::Android;println!("the os is: {:?}", os);//the os is: Android}

枚举成员的属性

rust中的枚举可以包含属性，属性可以是不同类型。如：

#[derive(Debug)]enumShape{Circle{ radius:f64},Rectangle{ width:f32, length:f32},}fnmain(){let circle =Shape::Circle{ radius:3.0};println!("circle: {:?}", circle);let rectangle =Shape::Rectangle{ width:3.0, length:4.0};println!("rectangle: {:?}", rectangle);/* 打印输出: 
    circle: Circle { radius: 3.0 }
    rectangle: Rectangle { width: 3.0, length: 4.0 }
     */}

上面代码定义了一个Shape形状枚举，有两个成员，分别是圆形和矩形。

圆形有一个半径（radius）属性，使用f64类型；

矩形有两个属性，分别是长度（length）和宽度（width），都使用f32类型。

枚举类成员的属性也可以是匿名的，如：

#[derive(Debug)]enumShape{Circle(f64),Rectangle(f32,f32),}fnmain(){let circle =Shape::Circle(3.0);println!("circle: {:?}", circle);let rectangle =Shape::Rectangle(3.0,4.0);println!("rectangle: {:?}", rectangle);/* 打印输出: 
        circle: Circle(3.0)
        rectangle: Rectangle(3.0, 4.0)
     */}

枚举匹配

使用match语法进行匹配：

#[derive(Debug)]enumShape{Circle{ radius:f64},Rectangle{ width:f32, length:f32},}fnmain(){let circle =Shape::Circle{ radius:3.0};let rectangle =Shape::Rectangle{ width:3.0, length:4.0};match circle {Shape::Circle{ radius }=>println!("circle radius: {}", radius),Shape::Rectangle{ width, length }=>println!("rectangle width: {}, length: {}", width, length)}}

匿名属性也可以在match语句中临时设置一个参数名，如：

#[derive(Debug)]enumShape{Circle(f64),Rectangle(f32,f32),}fnmain(){let circle =Shape::Circle(3.0);match circle {Shape::Circle(radius)=>{println!("circle radius: {}", radius)},Shape::Rectangle(width, length)=>{println!("rectangle width: {}, length: {}", width, length)},}}

结构体

结构体方法

结构体方法的形式与函数一致，之所以叫结构体方法，是因为它的第一个参数是结构体本身的引用。

直接上例子：

structRectangle{
    width:f32,
    length:f32}implRectangle{/* 使用impl为结构体添加方法 */fnget_area(&self)->f32{// 第1个参数是对结构体本身的引用returnself.width*self.length
    }}fnmain(){let rectangle =Rectangle{ width:3.0, length:4.0};let area = rectangle.get_area();println!("rectangle's area: {}", area);}

&self参数只是在声明时需要添加，调用时不需要传入。

结构体关联函数

结构体关联函数不依赖于结构体实例。

与结构体方法的直观区别是，方法没有&self作为第1个参数的要求。

structRectangle{
    width:f32,
    length:f32}implRectangle{/* 使用impl为结构体添加方法 */fncreate_instance(width_set:f32, length_set:f32)->Rectangle{Rectangle{ width: width_set, length: length_set }}fnget_area(&self)->f32{// 第1个参数是对结构体本身的引用returnself.width*self.length
    }}fnmain(){let rectangle =Rectangle::create_instance(5.0,6.0);let area = rectangle.get_area();println!("rectangle's area: {}", area);}

错误处理

不可恢复错误

Rust中的不可恢复错误（Unrecoverable Error）指的是发生了无法正常处理的错误，比如数组越界、空指针解引用等。当程序遇到不可恢复错误时，会触发panic（恐慌）并终止程序的运行。

可以使用panic宏主动触发panic，如：

fnmain(){panic!("just a test panic!");println!("can not run here.");}

运行时会主动触发pianic来终止程序运行：

boys@server:~/rust_study/demo$ ./target/debug/demo 
thread 'main' panicked at 'just a test panic!', src/main.rs:2:5
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace

根据提示，加入RUST_BACKTRACE=1环境变量运行，可以追踪到panic发生的地方：

boys@server:~/rust_study/demo$ RUST_BACKTRACE=1 ./target/debug/demo 
thread 'main' panicked at 'just a test panic!', src/main.rs:2:5
stack backtrace:
   0: rust_begin_unwind
             at /rustc/90c541806f23a127002de5b4038be731ba1458ca/library/std/src/panicking.rs:578:5
   1: core::panicking::panic_fmt
             at /rustc/90c541806f23a127002de5b4038be731ba1458ca/library/core/src/panicking.rs:67:14
   2: demo::main
             at ./src/main.rs:2:5
   3: core::ops::function::FnOnce::call_once
             at /rustc/90c541806f23a127002de5b4038be731ba1458ca/library/core/src/ops/function.rs:250:5
note: Some details are omitted, run with `RUST_BACKTRACE=full`for a verbose backtrace.

可恢复错误

可恢复错误指的是那些在运行时可以被程序处理和修复的错误，这些错误通常是可以预见和处理的。具体而言，可恢复错误可以包括但不限于以下情况：

  1. 文件操作错误 ：如文件不存在、无法打开文件、读取或写入文件失败等。
  2. 网络通信错误 ：如连接超时、服务器错误、网络断开等。
  3. 输入验证错误 ：如用户输入不合法、缺少必要参数等。
  4. 数据库操作错误 ：如查询失败、连接错误、事务回滚等。
  5. 外部资源错误 ：如磁盘空间不足、内存耗尽等。
  6. 解析和转换错误 ：如JSON解析错误、数据类型转换失败等。
  7. 并发操作错误 ：如竞争条件、死锁等。
  8. 配置和环境错误 ：如配置文件损坏、依赖缺失等。

可恢复错误与不可恢复错误（例如硬件故障、内存错误、空指针引用等）不同，后者通常无法在运行时被程序处理和修复，需要采取其他措施（如程序重启、报告错误给用户等）。

对于可恢复错误，使用Result类型可以提供一种良好的错误处理机制，使得程序能够检测到错误并根据需要采取适当的处理措施。如：

usestd::{fs::File, error};fnmain(){let fp =File::open("./file.txt");match fp {Result::Ok(file)=>{println!("open {:?} success", file);},Result::Err(error)=>{println!("open file fail: {}", error);}}}

没有文件时会输出：

boys@server:~/rust_study/demo/target/debug$ ./demo 
openfile fail: No such file or directory (os error 2)

Rust代码组织管理

Rust 代码组织中有三个重要的概念：**Crate(箱)、Package(包)、Module(模块)**。

Module

Module（模块）类似于命名空间，用来管理代码的作用域。

使用mod关键字来定义一个Module，引用时使用符号 

::

下面是一个示例：

modutility{pubfnprint_num(num:i32){println!("{}", num);}}fnmain(){utility::print_num(33);}

Module内的成员是有访问权限控制的，默认的访问权限是在Module内，要在Module外能引用，需要加入pub关键字声明，表明这个成员是public的。如：

modutility{fndebug_print(num:i32){println!("num = {}, hex: {:#x}", num, num);}pubfnprint_num(num:i32){println!("{}", num);debug_print(num);// 只有内部才能使用}}fnmain(){utility::print_num(33);// utility::debug_print(33);/* module外使用会报错 */}

Module内可以定义其他的Module，形成层次。如：

modutility{pubmodprinter{pubfnprintln(num:i32){println!("{}", num);}}pubmodcalculator{pubfnget_numbers_sum(num1:i32, num2:i32)->i32{
            num1+num2
        }}}fnmain(){let sum =utility::calculator::get_numbers_sum(1,1);utility::printer::println(sum);}
默认的Module

创建.rs文件时，就会产生一个与文件名同名的Module。如：

在ulitity.rs中代码如下：

pubmodprinter{pubfnprintln(num:i32){println!("{}", num);}}pubmodcalculator{pubfnget_numbers_sum(num1:i32, num2:i32)->i32{
        num1+num2
    }}

虽然我们没有使用mod关键字声明一个Module来包含这两个module，但默认已经使用了文件名作为默认的Module。

在main.rs中声明一下，即可调用：

modutility;/* 声明Module */fnmain(){let sum =utility::calculator::get_numbers_sum(1,1);utility::printer::println(sum);}
引用Module

使用use关键字对一个Module或Module内的成员进行引用。如：

modutility{pubmodprinter{pubfnprintln(num:i32){println!("{}", num);}}pubmodcalculator{pubfnget_numbers_sum(num1:i32, num2:i32)->i32{
            num1+num2
        }}}useutility::printer;/* 引用printer module */useutility::calculator::get_numbers_sum;/* 引用calculator内的成员函数: get_numbers_sum */fnmain(){let sum =get_numbers_sum(1,1);/* 使用时不用再注明前面的module */printer::println(sum);}

Crate

Crate 是 Rust 的构建块，用于组织和管理代码，它可以包含一个或多个Module（模块）和其他项（如函数、结构体、枚举等）。

Crate可以分为2种类型：

  • lib，即库类型Crate
  • bin，即二进制Crate

库Crate可以生成库文件，给其他代码共享、复用，二进制Crate生成的是可执行文件。

通常情况下，Rust 项目的 Crate 遵循一种约定俗成的目录结构，有助于组织和管理代码。

以下是一个常见的 Rust 项目目录结构示例：

my_project/
├── src/             # 存放源代码
│   ├── main.rs      # 二进制 Crate 的入口文件
│   └── lib.rs       # 库 Crate 的入口文件
├── tests/           # 存放测试代码
├── examples/        # 存放示例代码
├── Cargo.toml       # 描述包和依赖关系的文件
└── README.md        # 项目文档

Package

Package（包）包含了Crate，可以同时包含多个Crate。但多个Crate里面只能有一个库Crate，可以有多个二进制Create。

Rust面向对象

trait（特性）

trait（特性）简单地说，就是一组通用的属性，当需要使用这些特性时，只需要通过impl关键字实现他们，即可拥有这些特性。

如：

traitPerson{/* 定义一个关于Person的特性 */fnget_name(&self)->&str;/* 获取姓名的接口 */}

上面定义了一个Person的特性，特性包含一个获取姓名的接口。当需要获得这个特性时，即可通过impl关键字实现，如：

traitPerson{/* 定义一个关于Person的特性 */fnget_name(&self)->&str;/* 获取姓名的接口 */}structXiaoMing{
    name:String,}structZhangSan{
    name:String}implPersonforXiaoMing{/* 为xiaoming实现Person特性 */fnget_name(&self)->&str{&self.name
    }}implPersonforZhangSan{/* 为zhangsan实现Person特性 */fnget_name(&self)->&str{&self.name
    }}fnmain(){let ming =XiaoMing{
        name:String::from("mingming"),};println!("xiaoming's name: {}", ming.get_name());let zhang =ZhangSan{
        name:String::from("zhangsan")};println!("zhang_san's name: {}", zhang.get_name());}

默认特性

trait可以实现定义的接口，如果实现这个特性的类型没有对该接口覆盖，则调用这个接口时还是调用trait中默认接口。如：

traitPerson{/* 定义一个关于Person的特性 */fnget_name(&self)->&str;/* 获取姓名的接口 */fntell_age(&self){/* 默认实现，未实现会调用此默认接口 */println!("unkown age");}}structXiaoMing{
    name:String,}structZhangSan{
    name:String}implPersonforXiaoMing{/* 为xiaoming实现Person特性 */fnget_name(&self)->&str{&self.name
    }fntell_age(&self){println!("xiaoming is 18 years old");}}implPersonforZhangSan{/* 为zhangsan实现Person特性 */fnget_name(&self)->&str{&self.name
    }}fnmain(){let ming =XiaoMing{
        name:String::from("mingming"),};
    ming.tell_age();let zhang =ZhangSan{
        name:String::from("zhangsan")};
    zhang.tell_age();/* 输出结果：
            xiaoming is 18 years old
            unkown age
    */}

小结

train（特性）有点类似cpp中的虚函数和纯虚函数，没有实现的接口，在impl时必须实现。有默认实现的，如果impl未实现，则会调用默认的实现。

标签： rust 学习 开发语言
本文转载自: https://blog.csdn.net/qq_41790078/article/details/132568166
版权归原作者 NameisBoy 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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