Rust程序设计学习笔记(5)--枚举和模式匹配

adtxl
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仅是一些笔记,完整的rust学习文档详见https://rustwiki.org/zh-CN/book/title-page.html

1. 定义枚举

1.1 枚举值

将 IP 地址的数据和 IpAddrKind 成员存储在一个 struct 中


#![allow(unused)]
fn main() {
enum IpAddrKind {
    V4,
    V6,
}

struct IpAddr {
    kind: IpAddrKind,
    address: String,
}

let home = IpAddr {
    kind: IpAddrKind::V4,
    address: String::from("127.0.0.1"),
};

let loopback = IpAddr {
    kind: IpAddrKind::V6,
    address: String::from("::1"),
};
}

以将任意类型的数据放入枚举成员中:例如字符串、数字类型或者结构体。甚至可以包含另一个枚举!如

struct Ipv4Addr {
    // --snip--
}

struct Ipv6Addr {
    // --snip--
}

enum IpAddr {
    V4(Ipv4Addr),
    V6(Ipv6Addr),
}

枚举和结构体还有另一个相似点:就像可以使用 impl 来为结构体定义方法那样,也可以在枚举上定义方法。

1.2 Option 枚举和其相对于空值的优势

Option 是标准库定义的另一个枚举。Option 类型应用广泛是因为它编码了一个非常普遍的场景,即一个值要么有值要么没值。从类型系统的角度来表达这个概念就意味着编译器需要检查是否处理了所有应该处理的情况,这样就可以避免在其他编程语言中非常常见的 bug。

编程语言的设计经常要考虑包含哪些功能,但考虑排除哪些功能也很重要。Rust 并没有很多其他语言中有的空值功能。空值(Null )是一个值,它代表没有值。在有空值的语言中,变量总是这两种状态之一:空值和非空值。

空值的问题在于当你尝试像一个非空值那样使用一个空值,会出现某种形式的错误。因为空和非空的属性无处不在,非常容易出现这类错误。

然而,空值尝试表达的概念仍然是有意义的:空值是一个因为某种原因目前无效或缺失的值。

问题不在于概念而在于具体的实现。为此,Rust 并没有空值,不过它确实拥有一个可以编码存在或不存在概念的枚举。这个枚举是 Option<T>,而且它定义于标准库中,如下:

enum Option<T> {
    Some(T),
    None,
}

Option<T> 枚举是如此有用以至于它甚至被包含在了 prelude 之中,你不需要将其显式引入作用域。另外,它的成员也是如此,可以不需要 Option:: 前缀来直接使用 Some 和 None。即便如此 Option<T> 也仍是常规的枚举,Some(T) 和 None 仍是 Option<T> 的成员。

<T> 语法是一个我们还未讲到的 Rust 功能。它是一个泛型类型参数。目前,所有你需要知道的就是 <T> 意味着 Option 枚举的 Some 成员可以包含任意类型的数据。这里是一些包含数字类型和字符串类型 Option 值的例子:

let some_number = Some(5);
let some_string = Some("a string");

let absent_number: Option<i32> = None;

如果使用 None 而不是 Some,需要告诉 Rust Option<T> 是什么类型的,因为编译器只通过 None 值无法推断出 Some 成员保存的值的类型。

当有一个 Some 值时,我们就知道存在一个值,而这个值保存在 Some 中。当有个 None 值时,在某种意义上,它跟空值具有相同的意义:并没有一个有效的值。

2. match控制流运算符

Rust 有一个叫做 match 的极为强大的控制流运算符,它允许我们将一个值与一系列的模式相比较,并根据相匹配的模式执行相应代码。模式可由字面量、变量、通配符和许多其他内容构成;

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter,
}

fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 {
    match coin {
        Coin::Penny => {
            println!("Lucky penny!");
            1
        }
        Coin::Nickel => 5,
        Coin::Dime => 10,
        Coin::Quarter => 25,
    }
}

fn main() {}

如上所示,match关键字后面是个表达式,这里是coin的值。
接下来是match的分支。一个分支由模式和一些代码组成,中间使用=>做分开,每个分支间使用逗号分开。如果代码比较复杂,可以用{}括起来,并且后面不需要跟逗号。

2.1 绑定值的模式

匹配分支的另一个有用的功能是可以绑定匹配的模式的部分值。这也就是如何从枚举成员中提取值的。

想象一下我们的一个朋友尝试收集所有 50 个州的 25 美分硬币。在根据硬币类型分类零钱的同时,也可以报告出每个 25 美分硬币所对应的州名称,这样如果我们的朋友没有的话,他可以将其加入收藏。

在这些代码的匹配表达式中,我们在匹配 Coin::Quarter 成员的分支的模式中增加了一个叫做 state 的变量。当匹配到 Coin::Quarter 时,变量 state 将会绑定 25 美分硬币所对应州的值。接着在那个分支的代码中使用 state,如下:

#[derive(Debug)]
enum UsState {
    Alabama,
    Alaska,
    // --snip--
}

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter(UsState),
}

fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 {
    match coin {
        Coin::Penny => 1,
        Coin::Nickel => 5,
        Coin::Dime => 10,
        Coin::Quarter(state) => {
            println!("State quarter from {:?}!", state);
            25
        }
    }
}

fn main() {
    value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska));
}

如果调用 value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska)),coin 将是 Coin::Quarter(UsState::Alaska)。当将值与每个分支相比较时,没有分支会匹配,直到遇到 Coin::Quarter(state)。这时,state 绑定的将会是值 UsState::Alaska。接着就可以在 println! 表达式中使用这个绑定了,像这样就可以获取 Coin 枚举的 Quarter 成员中内部的州的值。

2.2 匹配Option<T>

我们想要编写一个函数,它获取一个 Option<i32> ,如果其中含有一个值,将其加一。如果其中没有值,函数应该返回 None 值,而不尝试执行任何操作。

fn main() {
    fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
        match x {
            None => None,
            Some(i) => Some(i + 1),
        }
    }

    let five = Some(5);
    let six = plus_one(five);
    let none = plus_one(None);
}

Rust 中的匹配是穷举式的(exhaustive):必须穷举到最后的可能性来使代码有效。

3. if let 简单控制流

if let 语法让我们以一种不那么冗长的方式结合 if 和 let,来处理只匹配一个模式的值而忽略其他模式的情况。

let some_u8_value = Some(0u8);
match some_u8_value {
    Some(3) => println!("three"),
    _ => (),
}

我们想要对 Some(3) 匹配进行操作但是不想处理任何其他 Some<u8> 值或 None 值。为了满足 match 表达式(穷尽性)的要求,必须在处理完这唯一的成员后加上 _ => (),这样也要增加很多样板代码。
不过我们可以使用 if let 这种更短的方式编写。


#![allow(unused)]
fn main() {
let some_u8_value = Some(0u8);
if let Some(3) = some_u8_value {
    println!("three");
}
}

if let 获取通过等号分隔的一个模式和一个表达式。它的工作方式与 match 相同,这里的表达式对应 match 而模式则对应第一个分支。

可以在 if let 中包含一个 else。else 块中的代码与 match 表达式中的 _ 分支块中的代码相同,这样的 match 表达式就等同于 if let 和 else。

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