Rust指南枚举类与模式匹配详解

2022-11-13 16:11:07 枚举 匹配 详解

前言

书接上文，本篇博客分享的是Rust 枚举类与模式匹配 的知识。作为安全性强的语言，Rust 的枚举类并不像其他编程语言中的概念那样简单，但依然可以十分简单的使用。

1、Rust基本枚举类语法

枚举允许我们列举所有可能的值来定义一个类型，枚举中的值也叫变体

1.1、定义枚举

我们举一个例子：

IP地址：IPV4、IPV6

enum IpAddrKind{
	V4,
	V6
}

接收枚举值

let four=IpAddrKind::V4;
let six=IpAddrKind::V6;

枚举的变体都位于标识符的命名空间下，使用::进行分割

1.2、将数据附加到枚举的变体中

形式如下：

enum IpAddr{
	V4(String),
	V6(String)
}

优点：

  • 不需要额外使用struct来确定类型
  • 每个变体可以拥有不同的类型以及关联的数据量

例如：

#[derive(Debug)]
enum IpAddrKind {
    V4(u8,u8,u8,u8),
    V6(String)
}

fn main() {
    let home=IpAddrKind::V4(127, 0, 0, 1);
    let loopback=IpAddrKind::V6(String::from("这是IPV6"));
    println!("{:?}\n{:?}",home,loopback);
}

运行效果：

  • #[derive(Debug)]作为Rust提供的调试库是可以直接输出结构体和枚举类型的
  • 但是注意占位符只能使用{:?}
  • 标准库中的IpAddr
struct IpV4Addr{
    //--snip--
}
struct IpV6Addr{
    //--snip--
}

enum IpAddr {
    V4(IpV4Addr),
    V6(IpV6Addr)
}

1.3、变体的多种嵌套方式

enum Message {
    Quit,
    Move {x:i32,y:u32},
    Write(String),
    ChangeColor(i32,i32,i32)
}

fn main() {
    let q=Message::Quit;
    let m=Message::Move { x: 6, y: 12 };
    let w=Message::Write(String::from("hello_world"));
    let c=Message::ChangeColor(255, 255, 0);
}

在这段代码中枚举类变体一共有四种数据类型：

  • 不带关联数据Quit
  • 匿名结构体Move
  • 字符串类型Write
  • 匿名元组结构体ChangeColor

1.4、定义枚举方法

和结构体方法类似，使用impl关键字：

impl Message{
	fn call(&self){}
}

这里就不具体实现了，此时枚举的所有变体都可以调用call方法，例如q.call();

2、Option枚举

2.1、引入Option枚举解决控制问题

  • Option 是 Rust 标准库中的枚举类，这个类用于填补 Rust 不支持 null 引用的空白。
  • 许多语言支持 null 的存在（C/C++、Java），这样很方便，但也制造了极大的问题，null 的发明者也承认这一点，“一个方便的想法造成累计 10 亿美元的损失”。
  • null 经常在开发者把一切都当作不是 null 的时候给予程序致命一击：毕竟只要出现一个这样的错误，程序的运行就要彻底终止。
  • 为了解决这个问题，很多语言默认不允许 null，但在语言层面支持 null 的出现（常在类型前面用 ? 符号修饰）。
  • Java 默认支持 null，但可以通过 @NotNull 注解限制出现 null，这是一种应付的办法。

Rust 在语言层面彻底不允许空值 null 的存在，但无奈null 可以高效地解决少量的问题，所以 Rust 引入了 Option 枚举类：

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

2.2、枚举类的具体使用

枚举类包含在预导入模块中（Prelude），可直接使用：

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

let absent:Option<&str>=None;

注意：

  • 编译器无法推断None是什么类型，所以一定要显示声明
  • 由于absent属于None的变体，因此是无效数据，也就是null

3、match控制流运算符

  • 枚举的目的是对某一类事物的分类，分类的目的是为了对不同的情况进行描述。
  • 基于这个原理，往往枚举类最终都会被分支结构处理（许多语言中的 switch ）。
  • switch 语法很经典，但在 Rust 中并不支持，很多语言摒弃 switch 的原因都是因为 switch 容易存在因忘记添加 break 而产生的串接运行问题，Java 和 C# 这类语言通过安全检查杜绝这种情况出现。

Rust 通过 match 语句来实现分支结构。先认识一下如何用 match 处理枚举类：

fn main() {
    enum Book {
        Papery {index: u32},
        Electronic {url: String},
    }
   
    let book = Book::Papery{index: 1001};
    let ebook = Book::Electronic{url: String::from("url...")};
   
    match book {
        Book::Papery { index } => {
            println!("Papery book {}", index);
        },
        Book::Electronic { url } => {
            println!("E-book {}", url);
        }
    }
}
//运行结果：Papery book 1001

这是由于book属于Papery的变体，因此会执行第一个打印语句

match 块也可以当作函数表达式来对待，它也是可以有返回值的：

match 枚举类实例 {
    分类1 => 返回值表达式,
    分类2 => 返回值表达式,
    ...
}

但是要谨记：所有返回值表达式的类型必须一样！

如果把枚举类附加属性定义成元组，在 match 块中需要临时指定一个名字：

enum Book {
    Papery(u32),
    Electronic {url: String},
}
let book = Book::Papery(1001);

match book {
    Book::Papery(i) => {
        println!("{}", i);
    },
    Book::Electronic { url } => {
        println!("{}", url);
    }
}

变体Papery指定了i变量，Electronic指定了url

match 除了能够对枚举类进行分支选择以外，还可以对整数、浮点数、字符和字符串切片引用（&str）类型的数据进行分支选择。其中，浮点数类型被分支选择虽然合法，但不推荐这样使用，因为精度问题可能会导致分支错误。

对非枚举类进行分支选择时必须注意处理例外情况，即使在例外情况下没有任何要做的事。例外情况用下划线 _ 表示：

fn main() {
    let t = "abc";
    match t {
        "abc" => println!("Yes"),
        _ => {},
    }
}

4、if let 语法

通过一个简单的流程控制代码理解此部分知识：

let i = 0;
match i {
    0 => println!("zero"),
    _ => {},
}
//主函数中运行结果：zero

这段程序的目的是判断 i 是否是数字 0，如果是就打印 zero。

那么现在用 if let 语法缩短这段代码：

let i = 0;
if let 0 = i {
    println!("zero");
}

if let 语法格式如下：

if let 匹配值 = 源变量 {
    语句块
}
  • 可以在之后添加一个 else 块来处理例外情况。

if let 语法可以认为是只区分两种情况的 match 语句的"语法糖"

在枚举类中的使用：

fn main() {
    enum Book {
        Papery(u32),
        Electronic(String)
    }
    let book = Book::Electronic(String::from("url"));
    if let Book::Papery(index) = book {
        println!("Papery {}", index);
    } else {
        println!("Not papery book");
    }
}
//运行结果：Not papery book

Rust 枚举类和模式匹配的知识就分享到这里了，期待你的鼓励，这将是我创作的不竭动力！

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