数学分析

13分钟阅读

第 3 章 基本类型

Rust 的类型服务于 3 个目的：安全（检查类型，防止错误），效率（对内存进行不同颗粒度的控制），简介。Rust 采用事先编译的方法，并且是静态类型的语言，不需要实际运行就可以检查所有可能的运行路径。
Rust 要求在写代码的时候进行规划，要写出函数的参数、返回值的类型、结构体成员的类型。Rust 提供了推断和泛型两个特性来辅助我们，前者能根据上下文进行类型推断而不需要显式地写出，后者允许通用的函数目的和实现能够适用于任何符合标准的集合。
以下是 rust 中的类型

机器类型

整数类型

Rust 中的整数类型有以下几个特点

  1. Rust 中要求数值类型必须写出位宽以及其表现形式，比如 i32, u16 等等，比较特殊的是 isize, usize 与机器上内存地址的宽度相同。
  2. Rust 将字符和数值类型区别对待，char 既不是 u8 也不是 i8，这点与 C, C++ 均不同。
  3. Rust 要求数组索引必须是 usize 值。
  4. Rust 会在调试构建时检查算术运算中是否有整数溢出，如果有会抛出诧异。如果一定要使用整数溢出，需要使用类似 x.wrapping_add(y) 这样的写法。
  5. Rust 中的整数字面量可以加上后缀来指定类型，比如 42u8 是一个 u8 值。若不包含后缀，Rust 会根据上下文推断出最合适的。当有若个可能的推断时，对于某些情况 Rust 会有默认行为，如若可能的类型包括 i32 那么 Rust 会默认其为 i32，否则会报错（歧义）。
  6. Rust 提供字节字面量，即用类字符字面量表示的 u8 值，如 b'X' 表示一个值为 X 的 ASCII 编码的 u8 值。这里只能是 ASCII 字符，下表展示了几个需要转义的字符。对于难写或难读的字符，还可以使用 b'xHH' 形式，其中 HH 是 16 进制的。
  7. 使用 as 操作符来进行整数类型转换。
  8. Rust 对整数也提供了很多方法，具体可以参考 Rust 文档。

浮点类型

Rust 支持 IEEE 标准的单双精度浮点类型。浮点字面量由整数部分、小数部分、指数和类型后缀组成，除了整数部分均是可选的，但后三者必须有其中之一（否则无法与整数字面量区分）。小数部分可以仅有小数点，如 5. 是一个合法的浮点常量。
Rust 会对没有类型后缀的浮点数推断类型，如果两种均有可能则默认为 f64。Rust 将整数字面量与浮点字面量当作两种不同的类型，两者不会互相推断。
在 std::f32, std::f64 两个标准库中定义了 IEEE 要求的特殊值，比如 INFINITY, NEG_INFINITY, NAN, MIN, MAX，模块 std::f32::consts, std::f64::consts 给i共了很多有用的数学常数。
Rust 对浮点类型提供了若干方法，具体可以参考 Rust 文档。

不论是整数类型还是浮点类型，Rust 不会作任何形式的隐式转换，诸如将 i32 数传入 f64 为参数的函数、甚至 i16 为参数的函数这些行为都是会导致错误的。

布尔类型

Rust 的布尔类型 bool 提供 true 和 false 两个值。但 Rust 不允许将字符、整数、浮点或指针隐式地转化成 bool，控制表达式的条件以及逻辑运算符的操作数都要求必须是 bool 表达式。
as 操作可以将 bool 转化成整数类型，但反过来不成立。

字符类型

Rust 中字符类型 char 以 32 位值的方式表示单个 Unicode 字符，同时对字符串或文本流使用 UTF-8 编码。String 将其文本表示为一个 UTF-8 字节的序列。
Rust 只支持在其 char 中保存符合 Unicode 标准的字符，Rust 会使用类型系统以及动态检查来保证 char 的值始终在许可的范围内。
char 类型不会与整数类型进行隐式转换，但可以用 as 显示转换；另一方面 u8 是唯一能通过 as 转换到 char 的整数值，如果需要转换 u32 的话需要使用标准库函数 std::char::from_u32 将 u32 转换为 Option<char> 值。
标准库中为字符提供了若干方法，具体可以参考 Rust 文档。

元组

元组由若干不同类型的值组成，其写法为类似 let t = (a, b, c)，然后使用 t.0, t.1 这样的方式访问其中的元素。

与数组不同的地方：
每个元素可以是不同的类型
只能使用常量作为索引，所以比如 t.i 或 t[i] 这样的写法是不允许的。

元组可以认为是一种极度简化的结构体类型，更利于表达合适的程序逻辑。
当不存在有意义的值而上下文要求某种类型时，Rust 会返回零元组 ()。
在元组的最后一个括号增加逗号不影响元组的解析。

指针类型

Rust 包括三种指针类型：引用、Box 和不安全指针。

引用： &String 类型的值就是一个对 String 值的引用，引用可以指向任何地方的任何值，可以是栈上或者堆上。&x 表示产生一个对 x 的引用，或用 Rust 语言来表述是借用了一个对 x 的引用。而对于一个引用 r，用 *r 表示 r 指向的值。
与 C 语言中不同的是，Rust 中引用永远不会是空值，在安全的 Rust 代码中根本不会产生空引用，且 Rust 引用默认不可修改。如果需要修改，要使用 &mut T 来声明。

Box：是 Rust 在堆上分配一个值的最简单方式，如 Box::new(t);。后续会与转移配合解释这方面的内容。

不安全指针：形式为 *mut T 和 *const T，实际上就是 C 和 C++ 中的指针。这类指针的使用是不安全的，仅能在 unsafe 块中使用。

数组、向量和切片

Rust 使用这三种形式在内存中表示一系列值。

  • 类型 [T; N] 表示一个长度为 N 的、每个值类型为 T 的数组。数组的长度是固定的，是数组类型的一部分，在编译的时候就已经确定了，这意味着若 n 是一个变量，[T; n] 这样的定义是不合法的。最常见的方式是将所有的值用逗号相隔开，再用方括号括起来，如 [0,1,2,3,4]。另一种方式是 [V; N] ，表示一个每个值为 V 的长度为 N 的数组。Rust 没有语法用来表示未初始化的数组。
  • 类型 Vec<T> 表示 T 的向量。这是一种可以动态分配、扩展的值序列，其中的元素保存在堆上。创建向量的方式有若干种，其中最简单的是使用 vec! 宏，语法类似创建数组字面量 vec![0, 1, 2]。这一宏定义的方法等价于先调用 Vec::new() 创建一个新的空向量，然后使用 push 将元素推入。也可以使用迭代器的方式创建向量，如 let v: Vec<i32> = (0..5).collect(); ，这个例子等价于 [0,1,2,3,4]。一个 Vec<T> 包含三个值：对分配在堆上用于保存元素的缓冲区的引用、该缓冲区可以存储的元素个数、当前实际保存的元素个数。当提前知道向量中需要保存的元素个数时，可以使用 Vec::with_capacity() 来创建一个有足够缓冲区的向量。由于 Rust 会尝试将长度向上对齐，所以这里分配的空间可能超过输入的值。
  • 类型 &[T], &mut [T] 是 T 的共享切片核 T 的可修改切片，是对其它值（通常是数组或向量）种部分元素的引用。切片的引用是一个胖指针，即是一个双子宽的值，包括一个指向切片第一个元素的指针和切片中元素的个数。很多数组和向量上的方法（比如 sort, len, reverse）实际上是定义在切片上的，Rust 编译器会自动隐式的将整个数组或向量作为切片来进行操作。

字符串

字符串字面值，与 char 字面值类似，但单引号无需转义而双引号需要转义。字符串字面值可以分散到多行，如果一行的末尾没有以反斜杠结尾，那么该行的换行符和下一行前面的空白字符都会包括在内，否则就会被删除。为避免过多的转义带来的麻烦，Rust 还提供了原始字符串的语法，，以小写字母 r 开头，然后用双引号括起来，中间的字符串的反斜杠和空白字符都会原样保留，转义规则无效。在原始字符串的开头和结尾加上相同长度的若干 # 来辅助规定字符串的开头核结尾。
字节字符串，即带有前缀 b 的字符串字面量。注意字节字符串是 u8 值的切片，不是 Unicode 文本的切片，不支持任意 Unicode 字符，只能是 ASCII 和 \xHH 转义序列。
Rust 字符串，是 Unicode 字符序列，但在内存中并不是以 char 数组的形式存储的，而是使用 UTF-8 可变宽度编码存储。Rust 对 String 的具体实现是 Vec<u8>，&str 是对其它变量拥有的一串 UTF-8 的文本的引用，可以看作是 &[u8]。对于 String 和 &str 的 len() 方法返回的是字节的长度而非 UTF-8 字符的数量。
有多种方法创建 String。首先是 &str 的 to_string() 方法，实际上是复制字符串。其次有类似 println! 类似的 format! 宏用于创建格式化的字符串。最后有 String 的切片上的方法 concat 和 join 将多个字符串拼接为新的 String。
String 的 == 和 != 仅比较字符串中包含的字符，不关心是否指向内存中的同一地址。

关系图谱