【Rust】001-基础语法：变量声明及数据类型

一、概述

1、学习起源

“一切能用 Rust 重写的项目都将或者正在用 Rust 重写”

2、依托课程

Rust 入门与实践：https://juejin.cn/book/7269676791348854839?utm_source=course_list

二、入门程序

1、Hello World

fn main() {
    // 打印字符串
    println!("Hello, world!");
}

2、交互程序

代码演示

use std::io; // 使用标准库中的 io 这个模块

fn main() {
    // 打印字符串
    println!("Hello, world!");
    // 打印字符串
    println!("请输入一个数字: ");
    // 在这里我们创建了一个新的 String，用来接收下面的输入
    let mut input = String::new();
    io::stdin()
        .read_line(&mut input) // 读取一行
        .expect("Failed to read input!"); // 比较粗暴的错误处理
    // 打印输入的原始内容
    println!("Your raw input is: {:?}.", input);
    // trim 把前后的空格、换行符这些空白字符都去掉，parse 将输入的字符串解析为 i64 类型，如果解析失败就报错
    let number: i64 = input.trim().parse().expect("Input is not a number!");
    // 打印 parse 之后的 i64 数字
    println!("Your input is: {}.", number);
}

执行结果

C:/Users/Administrator/.cargo/bin/cargo.exe run --color=always --package hello_rust --bin hello_rust
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.01s
     Running `target\debug\hello_rust.exe`
Hello, world!
请输入一个数字: 
100
Your raw input is: "100\n".
Your input is: 100.

进程已结束，退出代码为 0

3、继续上难度：访问链接并打印响应

依赖

Cargo.toxml

[package]
name = "hello_rust"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]
clap = { version = "4", features = ["derive"] }
reqwest = { version = "0.11", features = ["blocking"] }

代码

// 使用 use 引入一个标准库的包，或者第三方的包
use std::error::Error;

// clap 是一个 Rust 社区开发的命令行参数解析库
use clap::Parser;

// reqwest 是一个 Rust 社区开发的 HTTP 客户端库
use reqwest::blocking::Client;
use reqwest::header::HeaderMap;

// 使用 derive 宏，用于自动生成 Parser 的实现
// 在高级特性章节中我们会学到宏的用法及原理
#[derive(Parser)]
#[command(
author,
version,
about = "Sends HTTP requests and prints detailed information"
)]
struct Cli {
    // arg 宏用于标记命令行参数，这里标记了一个必须的 URL 参数
    #[arg(short, long, help = "Target URL", required = true)]
    url: String,
}

/// Rust 程序入口
fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    // 解析命令行参数
    let cli = Cli::parse();

    // 发起 HTTP 请求
    // ? 是 Rust 中的错误传播语法糖，我们会在接下来的章节中学习
    let response = send_request(&cli.url)?;

    // 打印 HTTP 响应的详细信息
    print_response_details(response)?;

    Ok(())
}

/// 发起一个 HTTP 请求
/// 参数是目标 URL 的引用
/// 返回值是一个 Result，如果请求成功返回 Response，否则返回一个动态 Error
fn send_request(url: &str) -> Result<reqwest::blocking::Response, Box<dyn Error>> {
    // 创建一个 HTTP 客户端
    let client = Client::builder().build()?;

    // 使用 GET 方法发起请求
    let response = client.get(url).send()?;

    Ok(response)
}

/// 打印出 HTTP 响应的详细信息
/// 参数是 Response 对象
/// 返回值是一个 Result，用于错误处理
fn print_response_details(response: reqwest::blocking::Response) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    // 打印 HTTP 状态码
    println!("Status: {}", response.status());

    // 打印 HTTP 响应头
    println!("Headers:");
    print_headers(response.headers());

    // 读取并打印 HTTP 响应体
    let body = response.text()?;
    println!("Body:\n{}", body);

    Ok(())
}

/// 打印出 HTTP 响应头
/// 参数是 HeaderMap 的引用
fn print_headers(headers: &HeaderMap) {
    for (key, value) in headers.iter() {
        // 打印每个响应头的键和值
        // 如果值不是 UTF-8 字符串，就打印 [unprintable]
        println!(" {}: {}", key, value.to_str().unwrap_or("[unprintable]"));
    }
}

执行命令

根目录执行

cargo run -- --url https://juejin.cn/

三、数据类型

1、标量类型

整型标量类型

只要记得最低从 8 开始，到 128 结束（当然，正常情况下我们最多用到 64，128 在很多平台上需要软件模拟而不是硬件支持，不推荐大家用）；在赋值的时候除了直接十进制数字赋值外，还支持以下语法（大家了解一下就好，不用死记硬背）：

其它

• 浮点数：f32 / f64
• bool
• char：这个比较特殊，Rust 中一个 char 占 4 字节，存放的是一个 UTF-32，而不像 C/C++ 那样本质上是个 u8

2、复合类型

• 元组 tuple：let a = (1, 2); let (a, b) = (1, 2)
• 数组 array: let a = [1, 2, 3]; let a = [0; 5] // 这个声明中 0 是默认值，5 是长度，等价于 let a = [0, 0, 0, 0, 0]

四、变量声明与使用

1、常量

代码演示

fn main() {
    // 声明常量，表示年龄
    const AGE: u32 = 18;
    // 声明常量，表示名字
    let name = "张三";
    // 打印名字和年龄
    println!("{}的年龄是{}", name, AGE);
}

执行结果

张三的年龄是18

2、变量

代码演示

fn main() {
    // 声明变量，表示年龄
    let mut age = 18;
    // 打印变量
    println!("age = {}", age);
    // 修改变量
    age = 20;
    // 打印变量
    println!("age = {}", age);
}

执行结果

age = 18
age = 20

3、变量名复用

代码演示

fn main() {
    // 声明常量，表示年龄
    let age = 18;
    // 打印年龄
    println!("age = {}", age);
    // 再次声明 age 变量，此时不会报错
    let age = 20;
    // 打印年龄
    println!("age = {}", age);
}

执行结果

age = 18
age = 20

4、声明时指定变量类型

代码演示

fn main() {
    // 声明常量，表示年龄
    let age: i32 = 18;
    // 打印年龄
    println!("age = {}", age);
}

执行结果

age = 18
age = 20

5、元组的使用

代码演示

fn main() {
    // 声明一个包含三个元素的元组
    let my_tuple = (1, "hello", 3.14);

    // 使用索引访问元组中的元素
    println!("第一个元素是：{}", my_tuple.0); // 输出 "第一个元素是：1"
    println!("第二个元素是：{}", my_tuple.1); // 输出 "第二个元素是：hello"
    println!("第三个元素是：{}", my_tuple.2); // 输出 "第三个元素是：3.14"

    // 使用模式匹配解构元组
    let (x, y, z) = my_tuple;
    println!("解构后 x 的值是：{}", x); // 输出 "解构后 x 的值是：1"
    println!("解构后 y 的值是：{}", y); // 输出 "解构后 y 的值是：hello"
    println!("解构后 z 的值是：{}", z); // 输出 "解构后 z 的值是：3.14"

    // 忽略元组中不需要的值
    let (a, _, _) = my_tuple;
    println!("只需要第一个元素：{}", a); // 输出 "只需要第一个元素：1"

    // 嵌套元组
    let nested_tuple = (1, (2, 3), 4);
    let (_, (b, c), _) = nested_tuple;
    println!("嵌套元组中 b 的值和 c 的值分别是：{} 和 {}", b, c); // 输出 "嵌套元组中 b 的值和 c 的值分别是：2 和 3"
}

执行结果

第一个元素是：1
第二个元素是：hello
第三个元素是：3.14
解构后 x 的值是：1
解构后 y 的值是：hello
解构后 z 的值是：3.14
只需要第一个元素：1
嵌套元组中 b 的值和 c 的值分别是：2 和 3

6、数组的使用

代码演示

fn main() {
    // 声明一个包含5个元素的整数数组
    let int_array = [1, 2, 3, 4, 5];

    // 声明一个包含5个元素的浮点数数组，同时指定类型
    let float_array: [f64; 5] = [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0];

    // 使用索引访问数组中的元素
    println!("整数数组的第一个元素是：{}", int_array[0]);  // 输出 "整数数组的第一个元素是：1"
    println!("浮点数数组的第二个元素是：{}", float_array[1]);  // 输出 "浮点数数组的第二个元素是：2.0"

    // 使用循环遍历整数数组
    println!("整数数组的所有元素：");
    for num in int_array.iter() {
        print!("{} ", num);  // 输出 "1 2 3 4 5 "
    }
    println!();

    // 使用循环遍历浮点数数组，并获取索引
    println!("浮点数数组的所有元素和对应的索引：");
    for (index, num) in float_array.iter().enumerate() {
        println!("索引：{}, 元素：{}", index, num);
        // 输出 "索引：0, 元素：1.0"
        // 输出 "索引：1, 元素：2.0"
        // ...
    }

    // 声明一个全部元素为0的数组
    let zero_array: [i32; 5] = [0; 5];
    println!("全为0的数组：{:?}", zero_array);  // 输出 "全为0的数组：[0, 0, 0, 0, 0]"
}

执行结果

整数数组的第一个元素是：1
浮点数数组的第二个元素是：2
整数数组的所有元素：
1 2 3 4 5 
浮点数数组的所有元素和对应的索引：
索引：0, 元素：1
索引：1, 元素：2
索引：2, 元素：3
索引：3, 元素：4
索引：4, 元素：5
全为0的数组：[0, 0, 0, 0, 0]

7、字符串

代码演示

fn main() {
    // 使用字符串字面量声明一个不可变字符串
    let hello_str = "Hello, world!";
    println!("不可变字符串字面量：{}", hello_str);  // 输出 "不可变字符串字面量：Hello, world!"

    // 使用 String::from 创建一个可变字符串
    let mut hello_string = String::from("Hello");
    println!("可变字符串：{}", hello_string);  // 输出 "可变字符串：Hello"

    // 在可变字符串后追加字符串
    hello_string.push_str(", world!");
    println!("追加后的可变字符串：{}", hello_string);  // 输出 "追加后的可变字符串：Hello, world!"

    // 字符串拼接
    let concat_str = [hello_str, " ", &hello_string].concat();
    println!("拼接后的字符串：{}", concat_str);  // 输出 "拼接后的字符串：Hello, world! Hello, world!"

    // 使用索引获取字符串中的字符（注意：这种方式不推荐，因为会导致错误或崩溃）
    // let first_char = hello_str[0];  // 这样是错误的
    // Rust 的字符串是 UTF-8 编码的，直接索引可能会导致字符被截断。

    // 使用 chars 方法遍历字符串中的字符
    println!("使用 chars 方法遍历字符串：");
    for ch in hello_str.chars() {
        print!("{} ", ch);  // 输出 "H e l l o ,   w o r l d ! "
    }
    println!();

    // 使用 bytes 方法遍历字符串中的字节
    println!("使用 bytes 方法遍历字符串字节：");
    for byte in hello_str.bytes() {
        print!("{} ", byte);  // 输出对应的 ASCII 或 UTF-8 编码的字节值
    }
    println!();

    // 获取字符串长度
    println!("字符串 '{}' 的长度是：{}", hello_str, hello_str.len());  // 输出 "字符串 'Hello, world!' 的长度是：13"
}

执行结果

不可变字符串字面量：Hello, world!
可变字符串：Hello
追加后的可变字符串：Hello, world!
拼接后的字符串：Hello, world! Hello, world!
使用 chars 方法遍历字符串：
H e l l o ,   w o r l d ! 
使用 bytes 方法遍历字符串字节：
72 101 108 108 111 44 32 119 111 114 108 100 33 
字符串 'Hello, world!' 的长度是：13

五、演示 Ownership（所有权）、Borrowing（借用） 和 Lifetime（生命周期） 的基本概念的示例

代码演示

// 定义一个函数，演示所有权的转移
fn takes_ownership(some_string: String) {
    println!("函数内部：{}", some_string);
}  // 这里 some_string 离开作用域，所有权也随之释放

// 定义一个函数，演示借用（不可变）
fn borrows_immutable(s: &String) {
    println!("函数内部（不可变借用）：{}", s);
}

// 定义一个函数，演示借用（可变）
fn borrows_mutable(s: &mut String) {
    s.push_str(", world!");  // 修改字符串
    println!("函数内部（可变借用）：{}", s);
}

// 定义一个函数，演示生命周期
// 注：'a 是生命周期标注，表明 x 和 y 的生命周期相同，并且与返回值的生命周期也相同
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

fn main() {
    // 所有权（Ownership）
    let s1 = String::from("hello");  // s1 获取了字符串 "hello" 的所有权
    takes_ownership(s1);  // 所有权转移到函数 takes_ownership
    // println!("main 函数：{}", s1);  // 错误！因为 s1 的所有权已经被转移

    // 借用（Borrowing）
    let s2 = String::from("hello");  // s2 获取了字符串 "hello" 的所有权
    borrows_immutable(&s2);  // 不可变借用，所有权仍在 s2
    println!("main 函数（不可变借用后）：{}", s2);

    let mut s3 = String::from("hello");  // s3 获取了字符串 "hello" 的所有权，并且是可变的
    borrows_mutable(&mut s3);  // 可变借用，所有权仍在 s3，但内容已经被修改
    println!("main 函数（可变借用后）：{}", s3);

    // 生命周期（Lifetime）
    let str1 = "Rust";
    let str2 = "Programming";
    let result = longest(str1, str2);
    println!("更长的字符串是：{}", result);  // 输出 "更长的字符串是：Programming"
}

执行结果

函数内部：hello
函数内部（不可变借用）：hello
main 函数（不可变借用后）：hello
函数内部（可变借用）：hello, world!
main 函数（可变借用后）：hello, world!
更长的字符串是：Programming

六、const 和 let 的区别

1. 可变性（Mutability）

• let: 默认情况下，使用 let 声明的变量是不可变的，但您可以使用 mut 关键字来使其可变。

  let x = 5;  // 不可变
  let mut y = 6;  // 可变
  

• const: 使用 const 声明的常量始终是不可变的，并且不能使用 mut。

  const X: i32 = 5;  // 始终不可变
  

2. 类型注解

• let: 可以选择是否添加类型注解。

  let x = 5;  // 类型推断为 i32
  let y: i64 = 6;  // 显示类型注解
  

• const: 必须添加类型注解。

  const X: i32 = 5;  // 必须提供类型
  

3. 初始化表达式

• let: 可以使用任何类型的表达式进行初始化。

  let x = 5 + 5;  // 算术表达式
  

• const: 只能使用常量表达式进行初始化。

  const X: i32 = 5 + 5;  // 常量表达式，但不能是函数调用、运行时计算等
  

4. 作用域和生命周期

• let: 局部变量，作用范围仅限于声明它的代码块。
• const: 可以在模块级别使用，生命周期可跨越整个程序。

5. 内联

• const: 在编译时，常量的值会被直接内联到使用它的表达式中。
• let: 取决于编译器优化。

总体来说，const 主要用于那些在编译时就能确定并且永远不会改变的值，而 let 则用于运行时可能会改变的值。希望这能帮助您更好地理解这两者之间的区别！