title: Rust-03-数据类型
date: 2024/04/09
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数据类型

Rust 的每个值都有确切的数据类型（data type），该类型告诉 Rust 数据是被指定成哪类数据，从而让 Rust 知道如何使用该数据。在本节中，我们将介绍两种数据类型：标量类型和复合类型。

请记住 Rust 是一种静态类型（statically typed）的语言，这意味着它必须在编译期知道所有变量的类型。

当类型可能是多种情况或编译器无法推导和确定时，必须加上一个类型标注：

let guess: u32 = "42".parse().expect("Not a number!");

标量类型

标量（scalar）类型表示单个值。Rust 有 4 个基本的标量类型：整型、浮点型、布尔型和字符。你可能从其他语言了解过这些类型。下面我们深入了解它们在 Rust 中的用法。

整数类型

整数（integer）是没有小数部分的数字。我们在第 2 章使用过一个整数类型（整型），即 u32 类型。此类型声明表明它关联的值应该是占用 32 位空间的无符号整型（有符号整型以 i 开始，i 是英文单词 integer 的首字母，与之相反的是 u，代表无符号 unsigned 类型）。表 3-1 显示了 Rust 中的内置的整数类型。我们可以使用这些定义形式中的任何一个来声明整数值的类型。

表 3-1: Rust 中的整型

每个定义形式要么是有符号类型要么是无符号类型，且带有一个显式的大小。

此外，isize 和 usize 类型取决于程序运行的计算机体系结构，在表中表示为“arch”：若使用 64 位架构系统则为 64 位，若使用 32 位架构系统则为 32 位。

你可按表 3-2 中所示的任意形式来编写整型的字面量。注意，可能属于多种数字类型的数字字面量允许使用类型后缀来指定类型，例如 57u8。数字字面量还可以使用 _ 作为可视分隔符以方便读数，如 1_000，此值和 1000 相同。

表 3-2: Rust 的整型字面量

整型溢出

比方说有一个 u8 ，它可以存放从 0 到 255 的值。那么当你将其修改为范围之外的值，比如 256，则会发生整型溢出（integer overflow），这会导致两种行为的其中一种。当在调试（debug）模式编译时，Rust 会检查整型溢出，若存在这些问题则使程序在编译时 panic。Rust 使用 panic 这个术语来表明程序因错误而退出。第 9 章 “panic! 与不可恢复的错误”会详细介绍 panic。

在当使用 --release 参数进行发布（release）模式构建时，Rust 不检测会导致 panic 的整型溢出。相反当检测到整型溢出时，Rust 会进行一种被称为二进制补码包裹（two’s complement wrapping）的操作。简而言之，大于该类型最大值的数值会被“包裹”成该类型能够支持的对应数字的最小值。比如在 u8 的情况下，256 变成 0，257 变成 1，依此类推。程序不会 panic，但是该变量的值可能不是你期望的值。依赖整型溢出包裹的行为不是一种正确的做法。

要显式处理溢出的可能性，可以使用标准库针对原始数字类型提供的以下一系列方法：

• 使用 wrapping_* 方法在所有模式下进行包裹，例如 wrapping_add
• 如果使用 checked_* 方法时发生溢出，则返回 None 值
• 使用 overflowing_* 方法返回该值和一个指示是否存在溢出的布尔值
• 使用 saturating_* 方法使值达到最小值或最大值

浮点类型

浮点数（floating-point number）是带有小数点的数字，在 Rust 中浮点类型（简称浮点型）数字也有两种基本类型。Rust 的浮点型是 f32 和 f64，它们的大小分别为 32 位和 64 位。默认浮点类型是 f64，因为在现代的 CPU 中它的速度与 f32 的几乎相同，但精度更高。所有浮点型都是有符号的。

浮点数按照 IEEE-754 标准表示。f32 类型是单精度浮点型，f64 为双精度浮点型。

下面是一个演示浮点数的示例：

fn main() {
    let x = 2.0; // f64

    let y: f32 = 3.0; // f32
}

数字运算

Rust 的所有数字类型都支持基本数学运算：加法、减法、乘法、除法和取模运算。整数除法会向下取整。

下面代码演示了各使用一条 let 语句来说明相应数字运算的用法：

fn main() {
    // addition
    let sum = 5 + 10;

    // subtraction
    let difference = 95.5 - 4.3;

    // multiplication
    let product = 4 * 30;

    // division
    let quotient = 56.7 / 32.2;
    let floored = 2 / 3; // Results in 0

    // remainder
    let remainder = 43 % 5;
}

经过尝试，和C++等语言不同的是，Rust的运算表达式中所有参与运算的数的类型必须是相同的，不同类型不能放在一起运算，如以下几种写法都是会报错的

let x = 12i32 + 13u32;
let x = 12.2 + 11;
let x = 12i32 + 13i64;

布尔类型

和大多数编程语言一样，Rust 中的布尔类型也有两个可能的值：true 和 false。布尔值的大小为 1 个字节。Rust 中的布尔类型使用 bool 声明。

例如：

fn main() {
    let t = true;

    let f: bool = false; // with explicit type annotation
}

字符类型

Rust 的 char（字符）类型是该语言最基本的字母类型

例子：

fn main() {
    let c = 'z';
    let z = 'ℤ';
    let heart_eyed_cat = '😻';
}

注意，我们声明的 char 字面量采用单引号括起来，这与字符串字面量不同，字符串字面量是用双引号括起来。Rust 的字符类型大小为 4 个字节，表示的是一个 Unicode 标量值，这意味着它可以表示的远远不止是 ASCII。标音字母，中文/日文/韩文的文字，emoji，还有零宽空格(zero width space)在 Rust 中都是合法的字符类型。Unicode 值的范围为 U+0000 ~ U+D7FF 和 U+E000~U+10FFFF。不过“字符”并不是 Unicode 中的一个概念，所以人在直觉上对“字符”的理解和 Rust 的字符概念并不一致。

复合类型

复合类型（compound type）可以将多个值组合成一个类型。Rust 有两种基本的复合类型：元组（tuple）和数组（array）。

元组类型

元组是将多种类型的多个值组合到一个复合类型中的一种基本方式。元组的长度是固定的：声明后，它们就无法增长或缩小。

我们通过在小括号内写入以逗号分隔的值列表来创建一个元组。元组中的每个位置都有一个类型，并且元组中不同值的类型不要求是相同的。我们在下面示例中添加了可选的类型标注：

fn main() {
    let tup: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);
}

变量 tup 绑定到整个元组，因为元组被认作是单个复合元素。 想从元组中获取个别值，我们可以使用模式匹配来解构（destructure）元组的一个值，如下所示：

fn main() {
    let tup = (500, 6.4, 1);

    let (x, y, z) = tup;

    println!("The value of y is: {}", y);
}

该程序首先创建一个元组并将其绑定到变量 tup 上。 然后它借助 let 来使用一个模式匹配 tup，并将它分解成三个单独的变量 x、y 和 z。 这过程称为解构（destructuring），因为它将单个元组分为三部分。最后，程序打印出 y 值，为 6.4。

除了通过模式匹配进行解构外，我们还可以使用一个句点（.）连上要访问的值的索引来直接访问元组元素。例如：

fn main() {
    let x: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);

    let five_hundred = x.0;

    let six_point_four = x.1;

    let one = x.2;
}

该程序创建一个元组 x，然后通过使用它们的索引为每个元素创建新的变量。和大多数编程语言一样，元组中的第一个索引为 0。

没有任何值的元组 () 有一个特殊的名字，单元(unit)，这个值及其对应的类型都被写成()，代表空值或空返回类型。该类型被称为单元类型（unit type），该值被称为单元值（unit value）。如果表达式不返回任何其他值，就隐式地返回单元值。

这里原文是：

The tuple without any values has a special name, unit. This value and its corresponding type are both written () and represent an empty value or an empty return type. Expressions implicitly return the unit value if they don’t return any other value.

译文是：

没有任何值的元组 () 是一种特殊的类型，只有一个值，也写成 ()。该类型被称为单元类型（unit type），该值被称为单元值（unit value）。如果表达式不返回任何其他值，就隐式地返回单元值。

“没有任何值的元组 () 是一种特殊的类型，只有一个值，也写成 ()“这句话感觉翻译的不是很好？看了原文才明白。

数组类型

将多个值组合在一起的另一种方式就是使用数组（array）。与元组不同，数组的每个元素必须具有相同的类型。与某些其他语言中的数组不同，Rust 中的数组具有固定长度。

我们在方括号内以逗号分隔的列表形式将值写到数组中：

fn main() {
    let a = [1, 2, 3, 4, 5];
}

当你希望将数据分配到栈（stack）而不是堆（heap）时，或者当你希望确保始终具有固定数量的元素时，数组特别有用。但它们不像 vector （译注：中文字面翻译为“向量”，在 Rust 中意义为“动态数组，可变数组”）类型那么灵活。vector 类型类似于标准库中提供的集合类型，其大小允许增长或缩小。如果不确定是使用数组还是 vector，那就应该使用一个 vector。

不过当你明确元素数量不需要改变时，数组会更有用。

使用方括号编写数组的类型，其中包含每个元素的类型、分号，然后是数组中的元素数，如下所示：

let a: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];

对于每个元素都相同的情况，还可以通过指定初始值、后跟分号和方括号中的数组长度来初始化数组，如下所示：

let a = [3; 5];

这种写法与 let a = [3, 3, 3, 3, 3]; 效果相同，但更简洁。

访问数组元素

数组是可以在栈上分配的已知固定大小的单个内存块。可以使用索引访问数组的元素，如下所示：

fn main() {
    let a = [1, 2, 3, 4, 5];

    let first = a[0];
    let second = a[1];
}

无效的数组元素访问

如果尝试访问超出数组末尾的数组元素，会发生什么？

use std::io;

fn main() {
    let a = [1, 2, 3, 4, 5];

    println!("Please enter an array index.");

    let mut index = String::new();

    io::stdin()
        .read_line(&mut index)
        .expect("Failed to read line");

    let index: usize = index
        .trim()
        .parse()
        .expect("Index entered was not a number");

    let element = a[index];

    println!(
        "The value of the element at index {} is: {}",
        index, element
    );
}

此代码编译成功。如果使用 cargo run 来运行此代码并输入 0、1、2、3 或 4，则程序将打印数组对应索引的值。如果输入的是超出数组末尾的数字，例如 10，则会看到类似以下的输出：

thread 'main' panicked at 'index out of bounds: the len is 5 but the index is 10', src/main.rs:19:19
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace

该程序在索引操作中使用无效值时导致运行时（runtime）错误。程序退出并显示错误消息，未执行后面的 println! 语句。当你尝试使用索引访问元素时，Rust 将检查你指定的索引是否小于数组长度。如果索引大于或等于数组长度，Rust 会出现 panic。这种检查必须在运行时进行，尤其是在这种情况下，因为编译器可能无法知道用户之后运行代码时将输入什么值。

这是 Rust 在实践中安全原则的第一个例子。在很多低级语言中，并不进行这种检查，而且在你使用不正确的索引时，可以访问无效的内存。Rust 通过立即退出来的方式防止这种错误，而不是允许内存访问并继续运行程序。