《Rust权威指南》学习笔记（二）

枚举enum

1.枚举的定义和使用如下图所示：

定义时还可以给枚举的成员指定数据类型，例如：enum IpAddr{V4(u8, u8, u8, u8),V6(String),}。枚举的变体都位于标识符的命名空间下，使用::进行分隔。

2.一个特殊的枚举Option（在预导入模块prelude中定义），它描述了某个值可能存在（某种类型）或者不存在的情况，Rust中没有Null。

3.控制流运算符match：允许一个值与一系列模式进行匹配，并执行匹配的模式对应的代码，模式可以是字面值、变量名、通配符等等。match表达式类似于一个函数，每个分支都会有一个返回值，并且整个match表达式的返回值类型必须一致。如下图：

Match匹配必须穷举所有的可能，否则会报错，可以用通配符_（这里可以用任何一个合法标识符来捕获剩下的匹配值）替代其余没有列出的值，_需要写在最后面，也可以使用任何合法的变量名捕获其他所有情况，后续可以在分支内部使用该变量进行进一步的处理。

4.if let的用法：处理只关心一种匹配而忽略其他匹配的情况，下图中v 恰好等于Some(3) 时，条件会成立，第一个分支就会被执行。if let还可以用于简化模式匹配，用于匹配并解构Option,、Result等枚举类型的某个特定变体，并在匹配成功时执行相应代码。

Rust代码组织

1.Package：是一个Rust项目的最外层单位，它由一个或多个crate组成（至少有一个）。它通常包含一个Cargo.toml文件，用于描述包的元数据、依赖项以及构建信息。每个package至少包含一个项目，这个项目可以是一个可执行项目（由main.rs文件定义）或者一个库项目（由lib.rs文件定义）。包和项目的关系是，一个package可以包含多个可执行项目（可放在src/bin目录下），但最多只能包含一个库项目。使用cargo new project创建一个新工程时，生成的就是一个Rust包（package）。想创建一个库包而不是可执行包，可以使用--lib选项。使用cargo new my_library --lib命令时，Cargo会在src/目录下创建一个lib.rs文件，而不是main.rs文件。这个lib.rs文件是库项目的入口文件，定义了库的公共API。

2.Crate：是Rust代码的编译单元，所有的Rust代码都是在crate的上下文中进行编译的。一个crate可以是一个库，也可以是一个可执行文件。每个crate都有一个根模块，根模块对应着crate的入口文件——对于库crate，入口文件是lib.rs，对于二进制crate，默认入口文件是main.rs（这个miain.rs编译生成的可执行文件名称与package名相同）。Crate定义了一个独立的命名空间，并且可以导入其他crate来使用它们的功能。由于main.rs是二进制crate的入口点，它的内容通常不会被库crate直接引用。因此，lib.rs中不能直接使用main.rs中定义的函数或结构体。相反，库crate应该定义功能，并将这些功能公开给其他模块或crate使用，而main.rs可以引用这些功能。

3.Module：是Rust中用于组织代码的机制，它允许将代码划分为多个部分，每个部分可以在其自己的命名空间中定义。模块帮助管理代码的可读性和可维护性，一个crate的根模块可以包含其他模块，而这些模块又可以嵌套定义子模块。Rust中的模块可以通过文件系统组织，例如，一个模块可以定义在与它同名的文件中，或者作为父模块文件中的嵌套模块定义，模块之间的关系通常通过use关键字和路径来引用。

4.Path：是Rust中用于引用项（例如函数、结构体、枚举、模块等）的方式，它定义了如何从一个命名空间访问另一个命名空间的内容。路径可以是绝对路径，从crate的根模块开始（可以使用crate名或者字面值“crate”）；也可以是相对路径，从当前模块开始（使用self、super或当前模块的标识符，super用来访问父级模块路径中的内容，类似于文件系统中的..），路径的标识符之间用::隔开。路径使得你能够在模块层次结构中导航，访问不同模块和它们的内容。Rust的路径系统允许你清晰、简洁地访问代码片段，即使它们位于不同的模块或crate中。

5.私有边界：模块不仅可以组织代码，还可以定义私有边界，Rust中所有的条目（函数、方法、struct、enum、模块、常量等）默认都是私有的，父模块无法访问子模块中的私有条目，子模块可以使用所有祖先模块中的条目。可以使用pub来将这些条目声明为公有的，如下图，没有声明为公有的私有条目无法被访问：

6.use关键字：可以使用use关键字将路径（可以使用相对路径或者绝对路径）导作用域内（仍然遵循私有性规则），通常习惯将函数的父级模块引入作用域，以此来区分该函数是不是在其他模块引入的，而习惯将除函数外的其他元素如struct、enum等的整个完整路径引入作用域（如果有同名struct可以引用到父级以此来区分）。可以用as关键字来为引入的路径指定本地的别名，如：use std::fmt::Result as Re。

使用use将路径导入到作用域内后，该名称在此作用域中是私有的，可以在前面加上pub，则被导入的条目就可以被其他外部代码引入到他们的作用域中。如：pub use std::fmt::Result。

7.外部包的使用：需要现在Cargo.toml文件中添加依赖，然后用use将需要的特定条目引入到作用域内。标准库（std）也被当作外部包，不用在Cargo.toml文件中添加std，但需要用use将需要使用的std中的条目引入到当前作用域。当在Rust项目中使用cargo build命令编译程序时，Cargo（Rust的包管理器和构建系统）会将所有依赖的外部包下载并解压到target/debug/deps或target/release/deps文件夹中，具体位置取决于你是进行调试编译（debug）还是发布编译（release）。对于同一个包中的不同条目，可以使用嵌套路径的方式导入：路径相同的部分::{路径差异的部分}（路径差异部分用逗号分隔），如：use std::io::{cmp::Ordering,io};，如果两个use路径之一是另一个的子路径，可使用self，如：use std::io::{self,Write};。使用通配符*可以把路径中所有的公共条目都引入到作用域，如：use std::collections::*。

8.模块定义时，如果模块名后边是;，而不是代码块，Rust会从与模块同名的文件中加载内容，模块树的结构不会变化，如下图：

常见集合

1.Vector：由标准库提供，Vec<T>可以存储多个值，但只能存储相同类型的值，值在内存中连续存放。Vector初始化一般有两种方式，用new函数会初始化一个空的vector，还可以用宏定义vec!初始化，如下图所示：

向vector添加元素可以用push方法，例如v.push(1)，添加的元素会被放在vector的末尾。当vector离开其作用域时，会像其他struct一样被清理掉，他里面所有的元素也会被清理掉。可以使用索引或者get方法来访问vector中的元素，get方法返回的是Option<T>枚举类型，所以当用get方法获取元素传入的索引越界时，返回的是None，而直接通过索引访问在越界时会引起panic。

所有权和借用规则在vector中同样适用，例如不能在同一作用域中同时拥有可变和不可变引用。可以用for循环来遍历vector中元素的值，如下图（println! 宏可以直接接受引用，所以不需要解引用i，就可以打印出其指向的值）：

vector只能存储同一类型的数据，可以和enum配合使用来存储不同类型的值（将enum作为vector的元素），如下图：

2.字符串：字符串本质是Byte的集合，主要包括字符串字面值（&str）和String（由标准库提供，采用UTF-8编码）两种类型，Rust标准库还提供了其他字符串类型：OsString、OsStr、CString、CStr等。创建一个新的字符串可以使用new函数（如let mut s = String::new();），to_string()方法（可用于实现了Displaying trait的类型，包括字符串字面值）或者String::from()函数，如下图：

更新字符串的方式有：push_str()方法可以把一个字符串切片附加到String，如s.push_str(“abc”);表示将abc附加到s后面；push()方法可以把单个字符附加到String，如s.push(‘a’);；可以用+连接字符串，但只能把&str类型添加到String，即左侧操作数必须是String类型（左侧String的所有权会被消耗），右侧操作数必须是&str；format!可用来连接多个字符串（这种方式不会修改参数的所有权）。

String不支持索引的访问方式，可以将String看作是字节、标量或者字形，对于标量值可以用chars()方法来遍历，对于字节可以用bytes()方法来遍历。

可以使用[ ]和一个范围来创建字符串的切片，但如果切片跨越了字符边界就会报错（字符是以UTF-8编码的，有些字符占2-4个字节，切片的开始或结束位置不能在这样的2-4字节之间）。

3.HashMap<K,V>：以键值对的形式来存储数据，一个键对应一个值，Hash函数用来决定如何在内存中存放K和V。可以用new函数创建一个新的空HashMap（如let mut map = HashMap::new();），用insert方法向其中添加键值对（如map.insert("key1", "value1");）。在同一个HashMap中，所有的K必须是同一个类型，所有的V必须是同一个类型。还可以基于collect方法在元素类型为Tuple（要求Tuple有两个值，一个作为K，另一个作为V）的Vector上创建新的HahsMap，如下图：

在HashMap中，对于实现了Copy trait的类型（如i32），值会被复制到HashMap中，对于拥有所有权的值（如String），所有权会转移给HashMap，如果将值的引用插入到HashMap中，值的所有权不会转移，但在HashMap有效期间，被引用的值必须保持有效。可以用get方法传入参数K访问HashMap中的V，返回值为Option<T>枚举类型。可以用for遍历HashMap中的键值对，如下图：

更新HashMap有以下几种情况：1.K已经存在：可以选择替换现有的V、保留现有的V忽略新的V、合并现有的V和新的V；2.K不存在：添加一对KV。如果向HashMap插入一对KV，然后再插入同样的K不同的V则原来的V会被替换。可以先用entry方法检查指定的K是都存在（该方法返回enum Entry，代表值是否存在），然后使用Entry的or_insert()方法（若K存在，返回对应值的可变引用；若K不存在，该方法将参数作为K的新值插入HashMap，而后返回这个值的可变引用），如下图所示：

错误处理

1.Rust中将错误分为可恢复错误（例如文件未找到等，可再次尝试）和不可恢复错误（bug，例如索引访问越界），可恢复错误可返回Result<T,E>枚举类型，不可恢复错误和使用panic!宏来报错，这个宏的默认处理方式为展开（unwind）、清理调用栈，即从产生错误的地方开始，逆向遍历调用栈，逐层清理每一层函数调用所分配的资源。这个过程确保了所有已经获取的资源（例如内存、文件句柄、锁等）能够被正确地释放，避免资源泄漏。在展开过程中，Rust 会自动调用每个作用域中的析构函数（也称为Drop实现）释放资源或执行其他清理操作。然后退出程序。这样的默认操作比较费时，可以将其重新设置为panic!时直接中止调用栈，而不进行任何清理操作，内存清理交由操作系统去完成，具体设置可修改Cargon.toml文件，如下图：

panic!可能发生在我们自己写的程序中，也可能发生在我们程序所依赖的代码中，可以通过设置RUST_BACKTRACE环境变量回溯错误具体信息，如在运行时设置：cargo run RUST_BACKTRACE=1，但必须保证编译时没有加--realease选项。

2.Result枚举类型原始定义如下：

和Option一样，Result也是由prelude带入作用域，Result枚举类型可以作为函数返回值或match匹配结果，如下图：

3.unwrap()方法可用于从Option或Result类型中提取值。如果调用unwrap()时包含的值是Some或Ok，它将返回内部的值；如果是None或Err，它将触发恐慌（panic），程序会终止执行。expect()方法也用于从Option或Result类型中提取值，但与unwrap() 不同的是，它允许自定义panic时的错误消息。这样，当unwrap() 触发panic时，可以得到更明确的错误信息帮助调试。

4.错误处理的一种更加简洁和快捷的方式是使用?运算符，?运算符可以用于处理返回Result或Option类型的函数或表达式，如果Result是Ok，Ok中的值就是表达式的结果，然后继续执行程序；如果Result是Err，Err就是整个函数的返回值，相当于使用了return。如下图所示，从上到下代码逐渐简洁：