Rust 教程 -01- 变量绑定与解构

变量命名

在命名方面，和其他语言没有区别，不过当给变量命名时，需遵循 Rust 命名规范。

Rust 语言有一些关键字（keywords），和其他语言一样，这些关键字都是被保留给 Rust 语言使用的，因此，它们不能被用作变量或函数的名称。在 Rust 关键字 中可找到关键字列表。

变量绑定

在其它语言中，我们用 var a = "hello world" 的方式给 a 赋值，也就是把等式右边的 "hello world" 字符串赋值给变量 a，而在 rust 中，我们这样写：let a = "hello world"，同时给这个过程起了另一个名字：变量绑定。

为何不用赋值而用绑定呢（其实你也可以称之为赋值，但是绑定的含义更清晰准确）？这里就涉及 Rust 最核心的原则——所有权，简单来讲，任何内存对象都是有主人的，而且一般情况下完全属于它的主人，绑定就是把这个对象绑定给一个变量，让这个变量成为它的主人（聪明的读者应该能猜到，在这种情况下，该对象之前的主人就会丧失对该对象的所有权），像极了我们的现实世界，不是吗？

那为什么要引进“所有权”这个新的概念呢？请稍安勿躁，时机一旦成熟，我们就回来继续讨论这个话题。

变量可变性

Rust 的变量在默认情况下是不可变的。当然你可以通过 mut 关键字让变量变为可变的，让设计更灵活。

如果变量 a 不可变，那么一旦为它绑定值，就不能再修改 a。举个例子，在我们的工程目录下使用 cargo new variables 新建一个项目，叫做 variables。

然后在新建的 variables 目录下，编辑 src/main.rs，改为下面代码：

fn main() {
    let x = 5;
    println!("The value of x is: {}", x);
    x = 6;
    println!("The value of x is: {}", x);
}
​

保存文件，再使用 cargo run 运行它，迎面而来的是一条错误提示：

$ cargo run
   Compiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `x`
 --> src/main.rs:4:5
  |
2 |     let x = 5;
  |         -
  |         |
  |         first assignment to `x`
  |         help: consider making this binding mutable: `mut x`
3 |     println!("The value of x is: {}", x);
4 |     x = 6;
  |     ^^^^^ cannot assign twice to immutable variable

error: aborting due to previous error
​

具体的错误原因为 cannot assign twice to immutable variable x（无法对不可变的变量重复赋值），因为我们想为不可变的 x 变量再次赋值。

在 Rust 中，可变性很简单，只要在变量名前加一个 mut 即可，而且这种显示声明方式还会给后来人传达这样的信息：嗯，这个变量在后面代码部分会发生改变。

为了让变量为可变，将 src/main.rs 改为以下内容：

fn main() {
    let mut x = 5;
    println!("The value of x is: {}", x);
    x = 6;
    println!("The value of x is: {}", x);
}
​

运行程序将得到下面结果：

$ cargo run
   Compiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.30s
     Running `target/debug/variables`
The value of x is: 5
The value of x is: 6
​

选择可变还是不可变，更多的还是取决于你的使用场景，例如不可变可以带来安全性，但是丧失了灵活性和性能（如果你要改变，就要重新创建一个新的变量，这里涉及到内存对象的再分配）。而可变变量最大的好处就是使用上的灵活性和性能上的提升。

例如，在使用大型数据结构或者热点代码路径（被大量频繁调用）的情形下，在同一内存位置更新实例可能比复制并返回新分配的实例要更快。使用较小的数据结构时，通常创建新的实例并以更具函数式的风格来编写程序，可能会更容易理解，所以值得以较低的性能开销来确保代码清晰。

使用下划线开头忽略未使用的变量

如果你创建了一个变量却不在任何地方中使用它，Rust 通常会给你一个警告，因为这可能会是个 Bug。但是有时创建一个不会被使用的变量是有用的，比如正在设计原型或刚刚开始一个项目。这时你希望告诉 Rust 不要警告未使用的变量，为此可以用下划线作为变量名的开头：

fn main() {
    let _x = 5;
    let y = 10;
}
​

使用 cargo run 运行下试试：

warning: unused variable: y
--> src/main.rs:3:9
|
3 | let y = 10;
| ^ help: 如果 y 故意不被使用，请添加一个下划线前缀: _y
|
= note: #[warn(unused_variables)] on by default

可以看到，两个变量都只是声明，没有使用，但编译器却只给出了 y 未被使用的警告，充分说明了 _ 变量名前缀在这里发挥的作用。

变量解构

let 表达式不仅仅用于变量的绑定，还能进行复杂变量的解构：从一个相对复杂的变量中，匹配出该变量的一部分内容：

fn main() {
    let (a, mut b) = (true, false);
    // a = true,不可变; b = false，可变
    println!("a = {:?}, b = {:?}", a, b);

    b = true;
    assert_eq!(a, b);
}
​

解构式赋值

在 Rust 1.59 版本后，可以在赋值语句中的左式中使用元祖、切片和结构体模式了。

#[allow(dead_code)]
struct Struct {
    e: i32,
    f: i32,
}

fn main() {
    let (a, b, c, d, e): (i32, i32, i32, i32, i32);
    (a, b) = (1, 2);
    // _ 代表匹配一个值，但是我们不关心具体的值是什么，因为没有使用一个变量名而是 _
    [c, .., d, _] = [1, 2, 3, 4, 5];
    Struct { e, .. } = Struct { e: 5, f: 6 };

    assert_eq!([1, 2, 1, 4, 5], [a, b, c, d, e])
}
​

这种使用方式跟之前的 let 保持了一致性，但是 let 会重新绑定，而这里仅仅对之前绑定的变量进行再赋值。

需要注意的是，使用 += 的赋值语句还不支持解构式赋值。

变量和常量之间的差异

常量与不可变变量一样，常量也是绑定到一个常量名且不允许更改的值，但是常量和变量之间存在一些差异：

• 常量不允许使用 mut。常量不仅默认不可变，而且自始至终不可变。因为常量在编译完成后，就已经确定了它的值。
• 常量使用 const 关键字而不是 let 关键字来声明，并且值的类型必须标注。

下面是一个常量声明的例子，其常量名为 MAX_POINTS，值为 100,000。（Rust 常量的命名约定是全部字母都大写，并使用下划线分隔单词，另外对数字字面量可插入下划线以提高可读性）

const MAX_POINTS: u32 = 100_000;
​

常量可以在任意作用域内声明，包括全局作用域，在声明的作用域内，常量在程序运行的整个过程中都有效。对于需要在多处代码共享一个不可变的值时非常有用，例如游戏中允许玩家赚取的最大点数或光速。

变量遮蔽

Rust 允许声明相同的变量名，在后面声明的变量会遮蔽掉前面声明的，如下所示：

fn main() {
    let x = 5;
    // 在main函数的作用域内对之前的x进行遮蔽
    let x = x + 1;

    {
        // 在当前的花括号作用域内，对之前的x进行遮蔽
        let x = x * 2;
        println!("The value of x in the inner scope is: {}", x);
    }

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

这个程序首先将数值 5 绑定到 x，然后通过重复使用 let x = 来遮蔽之前的 x，并取原来的值加上 1，所以 x 的值变成了 6。第三个 let 语句同样遮蔽前面的 x，取之前的值并乘上 2，得到的 x 最终值为 12。当运行此程序，将输出以下内容：

$ cargo run
   Compiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
   ...
The value of x in the inner scope is: 12
The value of x is: 6
​

这和 mut 变量的使用是不同的，第二个 let 生成了完全不同的新变量，两个变量只是恰好拥有同样的名称，涉及一次内存对象的再分配 ，而 mut 声明的变量，可以修改同一个内存地址上的值，并不会发生内存对象的再分配，性能要更好。

变量遮蔽的用处在于，如果你在某个作用域内无需再使用之前的变量（在被遮蔽后，无法再访问到之前的同名变量），就可以重复的使用变量名字，而不用绞尽脑汁去想更多的名字。

例如，假设有一个程序要统计一个空格字符串的空格数量：

// 字符串类型
let spaces = "   ";
// usize 数值类型
let spaces = spaces.len();
​

这种结构是允许的，因为第一个 spaces 变量是一个字符串类型，第二个 spaces 变量是一个全新的变量且和第一个具有相同的变量名，且是一个数值类型。所以变量遮蔽可以帮我们节省些脑细胞，不用去想如 spaces_str 和 spaces_num 此类的变量名；相反我们可以重复使用更简单的 spaces 变量名。如果你不用 let :

let mut spaces = "   ";
spaces = spaces.len();
​

运行一下，你就会发现编译器报错：

$ cargo run
   Compiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
error[E0308]: mismatched types
 --> src/main.rs:3:14
  |
3 |     spaces = spaces.len();
  |              ^^^^^^^^^^^^ expected `&str`, found `usize`

error: aborting due to previous error
​

显然，Rust 对类型的要求很严格，不允许将整数类型 usize 赋值给 字符串类型。usize 是一种 CPU 相关的整数类型。