【Rust】表达式

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Rust 被称作表达式语言，在 C 中，if 和 switch 是语句，它们不会产生值，也不能在表达式中间使用。在 Rust 中，if 和 match 可以产生值。例如：

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let status = if cpu.temperature <= MAX_TEMP {
    HttpStatus::Ok
} else {
    HttpStatus::ServerError
};

println!(
    "Inside the vat, you see {}.",
    match vat.contents {
        Some(brain) => brain.desc(),
        None => "nothing of interest",
    }
);

这解释了为什么 Rust 没有 C 的三元运算符 (expr1: Expr2: expr3)，在 C 中，它类似 if 语句，而在 Rust 中，if 完全可以代替。另外大多数控制流在 C 中是语句，而在 Rust 中是表达式（语句都会以 ; 结束，而表达式没有）。

下面是 Rust 中所有支持的表达式列表：


下面的运算符都是左联运算符。例如：a - b - c 被分组成 (a-b)-c，而不是 a - (b - c)：

* / % + - << >> & ^ | && || as

比较运算符，赋值运算符以及范围运算符 .. 不能被链在一起使用。

代码块和分号

块，也就是一个大括号，是最通用的表达方式，它能产生一个值，可以在任何需要值的地方使用：

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fn main() {
    let display_name = match post.author() {
        Some(author) => author.name(),
        None => {
            let network_info = post.get_network_metadata()?;
            let ip = network_info.client_address();
            ip.to_string()
        }
    };
}

Some(author) => 后面是简单的表达式 author.name()，而 None 后面是一个块表达式，它的值是其中的最后一个表达式 ip.to_string() 的值，并且要注意它的后面没有分号。

确实大多数 Rust 代码行都是以 ; 分号结束的，如果一个代码块以 ; 结束，那么它的值是 ()。在 javascript 中，允许省略 ;，但是语言会自动填充。在 Rust 中有没有分号是有不同的意义的：

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fn main() {
    let msg = {
        // let 语句，分号是必要的
        let dandelion_control = puffball.open();
        // 表达式 + 分号：方法被调用，但是返回值被丢弃
        dandelion_control.release_all_seeds(launch_codes);
        // 表达式没有分号：方法被调用，值被存储在msg中
        dandelion_control.get_status()
    };
}

代码块内可以做一些声明，并且在最后返回一个值，能够使代码看起来比较整洁，用多了会觉得很爽。缺点是当忘记加分号时，可能会引发错误。但一般情况下是编译器都会提示我们。

声明

let 语句的形式如下，其中的 type 和 expr 是可以省略的：

let name: type = expr;

let 语句可以只声明一个变量而不用初始化，可以在后面的代码中用赋值语句初始化它。这有时候很有用，我们可以先声明一个变量，然后在下面的控制流代中初始化它：

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let name;
if user.has_nickname() {
    name = user.nickname();
} else {
    name = generate_unique_name();
    user.register(&name);
}

这里局部变量有两种不同的方式初始化，但无论哪种方式，name 仅被初始化一次，所以无需声明为 mut 类型，在没有初始化之前使用变量是不允许的。

Rust 代码中允许重新二次定义同名变量，它会在这个二次定义的变量存在期间，将之前的变量屏蔽。在这里，line 开始的类型是 Result<String, io::Error>，后面又是 String，这在代码中是非常常见的，具有同一个语义的变量具有不同的类型。

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for line in file.lines() {
    let line  = line?;
}

我们甚至可以在代码块中声明一个 fn 或者结构体，但是它们的作用域仅限于这个代码块。当我们在代码块中定义函数时，它是不能访问代码块中的局部变量的。例如，下面的 cmp_by_timestamp_then_name 不能访问变量 v：

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use std::io;
use std::cmp::Ordering;

fn show_files() -> io::Result<()> {
    let mut v = vec![];
    ...
    fn cmp_by_timestamp_then_name(a: &FileInfo, b: &FileInfo) -> Ordering {
        a.timestamp.cmp(&b.timestamp) // first, compare timestamps
        .reverse() // newest file first
        .then(a.path.cmp(&b.path)) // compare paths to break ties
    }
    v.sort_by(cmp_by_timestamp_then_name);
    ...
}

if 和 match

if 表达式比较简单，形式如下：

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if condition1 { 
    block1
} else if condition2 { 
    block2
}else{
    block_n
}

每个 condition 必须是一个 bool 类型的表达式，Rust 不会对数字或者指针进行隐式转换。condition 两边的括号不是必须的，如果添加了，rustc 会给一个告警。

match 语句很像 C 语言中的 switch，但是更加灵活，下面是一个简单的例子。这很像 switch 语句根据 code 的值具体执行某个分支的表达式，通配符 _ 就像 switch 中的 default，能匹配任何东西，只是它必须放在最后面。将 _ 放在之前，意味着它的优先级更高，在它的之后匹配都不可达。

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 match code {
    0 => println!("OK"),
    1 => println!("Wires Tangled"),
    2 => println!("User Asleep"),
    _ => println!("Unrecognized Error {}", code)
}

match 表达式经常用于去区分 Option 的两种类型：Some(v) 和 None：

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match params.get("name") {
    Some(name) => println!("Hello, {}!", name),
    None => println!("Greetings, stranger.")
}

match 的通用形式如下：

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match value { 
    pattern => expr,
}

如果 expr 是一个代码块，那么逗号 , 是可以省略的的。Rust 从头开始检查 value 和哪个 pattern 匹配，一旦匹配，表达式 expr 就会被执行，后面的 pattern 就不会被检查了，所以如果我们将通配符 _ 放在最前面，那么在它后面的 pattern 都不会被检查了。rust 中，match 表达式必须包含所有可能的情况，例如下面的代码会编译失败:

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fn main() {
    let code = 2;
    match code {
        0 => println!("OK"),
        1 => println!("Wires Tangled"),
        2 => println!("User Asleep"),
    }
}

编译器提示我们有未覆盖的情况，建议我们使用通配符：

error[E0004]: non-exhaustive patterns: `i32::MIN..=-1_i32` and `3_i32..=i32::MAX` not covered
--> src/main.rs:4:11
|
4 |     match code {
|           ^^^^ patterns `i32::MIN..=-1_i32` and `3_i32..=i32::MAX` not covered
|
= note: the matched value is of type `i32`
help: ensure that all possible cases are being handled by adding a match arm with a wildcard pattern, a match arm with multiple or-patterns as shown, or multiple match arms
|
7 ~         2 => println!("User Asleep"),
8 ~         i32::MIN..=-1_i32 | 3_i32..=i32::MAX => todo!(),

所有的 if 分支返回的值类型必须是相同的：

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let suggested_pet =
    if with_wings { Pet::Buzzard } else { Pet::Hyena }; // ok 

let favorite_number =
    if user.is_hobbit() { "eleventy-one" } else { 9 }; // 错误

let best_sports_team =
    if is_hockey_season() { "Predators" }; // 错误，因为会返回数字或者 ()

同理，match 表达式也是，所有的分支必须返回相同类型的值：

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let suggested_pet =
    match favorites.element {
        Fire => Pet::RedPanda,
        Air => Pet::Buffalo,
        Water => Pet::Orca,
        _ => None //错误，不兼容的类型
    };

更多关于 match 的用法可以看 【Rust】实战突破 或者 模式匹配。

if let

这里还有一个 if 的形式，if let 表达式：

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if let pattern = expr {
     block1
} else {
    block2
}

如果给定的表达式 expr 匹配 pattern，那么 block1 将会运行；如果不匹配，block2 就会运行。这是一个从 Option 或者 Result 获取数据比较好的方式：

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if let Some(cookie) = request.session_cookie { 
    return restore_session(cookie);
}

if let Err(err) = show_cheesy_anti_robot_task() {
    log_robot_attempt(err);
    politely_accuse_user_of_being_a_robot();
}else{ 
    session.mark_as_human();
}

if let 可以做的事情 match 都可以做，所以说 if let 只是 match 的一种简写方式：

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match expr {
    pattern => { block1 } 
    _ => { block2 }
}

循环

这里有四种循环表达式：

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while condition {
    block
}

while let pattern = expr {
    block
}

loop {
    block
}

for pattern in itertable {
    block
}

Rust 中的循环语句都是表达式，但是 while 和 for 的值永远是 ()，所以它们不是很有用，loop 倒是可以返回一个值，当然只有在你声明的时候。

while 循环和 C 语言很像，但是 Rust 中的 condition 必须是精确的 bool 类型。

while let 类似于 if let。在每次循环迭代开始的时候，expr 的值如果匹配 pattern，那么 block 就会运行，负责循环就会退出。

loop 经常用于去写无限循环，它会一直重复执行 block，直到遇到 return，break 或者 panic。

for 循环会计算 iterable 表达式获得一个值，然后运行 block 依次。这里有许多可以迭代的类型，包括标准集合中所有类型，例如: vec 和 HashMap。

标准的 C 循环：

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for(int i = 0;i < 20; i++) { 
    printf("%d\n", i);
}

在 rust 中写作如下的形式：

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for i in 0..20 { 
    println!("{}", i);
}

.. 运算符可以生成一个 range，它是一个具有两个字段（start 和 end）的简单结构体。0..20 很像标准库中的 std::ops::Range { start: 0, end: 20 }。Range 可以被用于 for 循环，是因为它实现了 std::iter::IntoIterator。

有一点需要记住的是 for 循环会 move 值得所有权并且它包含的元素，所以下面这段代码编译失败：

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fn main() {
    let strings = vec!["hello", "world"];
    for s in strings {
        // each String is moved into s here...
        println!("{}", s);
    }
    println!("{} error(s)", strings.len()); // error: use of moved value
}

编译器提示我们，由于隐式调用 .into_iter() 方法，strings 包含的值的所有权已经被转移，他已经处于未初始化状态：

error[E0382]: borrow of moved value: `strings`
--> src/main.rs:7:29
    |
2   |     let strings = vec!["hello", "world"];
    |         ------- move occurs because `strings` has type `Vec<&str>`, which does not implement the `Copy` trait
3   |     for s in strings {
    |              ------- `strings` moved due to this implicit call to `.into_iter()`
...
7   |     println!("{} error(s)", strings.len()); // error: use of moved value
    |                             ^^^^^^^^^^^^^ value borrowed here after move
    |

这看起来很不方便，改进的方式是使用引用迭代集合，例如：

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for rs in &strings {
    println!("String {:?} is at address {:p}.", *rs, rs);
}

如果我们在迭代过程中需要对它进行更改，可以获取 strings 的 muteable reference：

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fn main() {
    let mut strings = vec!["hello".to_string(), "world".to_string()];
    for s in &mut strings {
        s.push_str("\n");
        println!("{}", s);
    }
    println!("{} error(s)", strings.len()); // error: use of moved value
}

运行成功：

/Users/fudenglong/.cargo/bin/cargo run --color=always --package mandelbrot --bin mandelbrot
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.00s
    Running `target/debug/mandelbrot`
hello

world

2 error(s)

Process finished with exit code 0

break 和 continue

可以使用 break 退出 loop 循环，在 loop 的循环体中，可以给 break 一个表达式，它的值变成 loop 的值，loop 中所有 break 的表达式都必须要有相同的类型：

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// Each call to `next_line` returns either `Some(line)`, where
// `line` is a line of input, or `None`, if we've reached the end of 
// the input. Return the first line that starts with "answer: ".
// Otherwise, return "answer: nothing".
let answer = loop {
    if let Some(line) = next_line() {
        if line.starts_with("answer: ") {
            break line; 
        }
    } else {
        break "answer: nothing";
    } 
};

continue 表达式用于跳到下次迭代：

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// Read some data, one line at a time.
for line in input_lines {
    let trimmed = trim_comments_and_whitespace(line); 
    if trimmed.is_empty() {
        // Jump back to the top of the loop and 
        // move on to the next line of input. 
        continue;
    }
    ... 
}

对于嵌套的循环，我们如何直接从内部退出。在 Rust 中，我们可以给循环一个 label，用于在 break 时退出到哪层循环。例如：

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'search:
for room in apartment {
    for spot in room.hiding_spots() { 
        if spot.contains(keys) {
            println!("Your keys are {} in the {}.", spot, room);
            break 'search; 
        }
    } 
}

当然，break 语句也可以将表达式和 label 一起使用：

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// Find the square root of the first perfect square // in the series.
let sqrt = 'outer: loop {
    let n = next_number(); 
    for i in 1.. {
        let square = i*i; 
        if square == n {
            // Found a square root.
            break 'outer i; 
        }
        if square > n {
            // `n` isn't a perfect square, try the next break;
        } 
    }
};

label 也可以配合 continue 使用。

return

return 语句用于退出当前的函数，返回值给调用者，特殊情况，return; 其实就是 return (); 的简写。 函数一般可能没有显示的 return 语句，函数体很像一个 block，如果最后一个表达式没有以 ; 结尾，那么它就是函数的返回值，一般情况下，这是 Rust 函数中用于返回值得首选方式。

但这并不意味着 return 是没用的，就像 break 一样，return 可以提前结束函数的运行。例如，下面的示例，当函数调用返回错误时，我们可以提前返回：

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let output = match File::create(filename) { 
    Ok(f) => f,
    Err(err) => return Err(err),
};

never 类型 !

! 表示 never 类型。在 Rust 中，有些函数，可能包含死循环，panic!() 或者类似 std::process::exit() ，这些函数都无法正常完成，它们的返回值难以确定是什么类型，例如，标准库中的 std::process::exit()，它的源码是这样的：

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pub fn exit(code: i32) -> ! {
    crate::rt::cleanup();
    crate::sys::os::exit(code)
}

在 Rust 中，这些函数没有正常类型，未正常完成的表达式被分配到特殊类型 !，并且它们不受类型必须匹配的规则的约束。例如我们编写下面这样的函数：

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fn serve_forever(socket: ServerSocket, handler: ServerHandler) -> ! { 
    socket.listen();
    loop {
        let s = socket.accept(); 
        handler.handle(s);
    } 
}

函数和方法调用

函数调用和方法调用同其他的语言比较类似：

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let x = gcd(1302, 462); // function call 
let room = player.location(); // method call

Rust 在引用和值之间有明显的区分，所以在传递参数时精确的类型，如果函数需要 i32 类型，你传入的是 &i32 类型就会报错。但是 . 运算符放宽了这些规则，在 player.location() 的方法调用中，player 可能是 Player，&Player，Box<Player> 或者 Rc<Player>。.location() 方法可以通过值或引用来获取 player，因为 Rust 的 . 运算符能够自动解引用或根据需要创建引用。

另外一种语法是和类型关联的函数，例如 Vec::new()，类似于面向对象语言中的静态方法

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let mut numbers = Vec::new(); // type-associated function call

方法调用可以串联起来：

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server
    .bind("127.0.0.1:3000").expect("error binding server to address")
    .run().expect("error running server");

Rust 语法的一个怪癖是，在函数调用或方法调用中，泛型类型的常用语法 Vec<T> 不起作用：

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return Vec<i32>::with_capacity(1000); // error: something about chained comparisons 

let ramp = (0 .. n).collect<Vec<i32>>(); // same error

问题是表达式中的 < 被当做小于运算符，正确的语法是：

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return Vec::<i32>::with_capacity(1000); // ok, using ::<

let ramp = (0 .. n).collect::<Vec<i32>>(); // ok, using ::<

Rust 社区将 ::<...> 叫做 turbofish，但是我们也可以省略它们，改由 Rust 进行推断：

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return Vec::with_capacity(10); // ok, if the fn return type is Vec<i32> 

let ramp: Vec<i32> = (0 .. n).collect(); // ok, variable's type is given

字段和索引

结构体字段的访问和其他语言比较类似，tuple 采用相同的语法，只是它只能使用数字作为索引。如果 . 左边是个引用或者智能指针，会自动进行解引用：

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game.black_pawns // struct field 
coords.1 // tuple element

[] 用于访问数组，slice 或者 vector 的元素：

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pieces[i]

这些变量可以被当做左值表达式，如果它们被声明为 muteable，例如：

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game.black_pawns = 0x00ff0000_00000000_u64; 
coords.1 = 0;
pieces[2] = Some(Piece::new(Black, Knight, coords));

可以使用 .. 运算符从一个数组，slice 或者 vector 获取一个 slice，例如：

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let second_half = &game_moves[midpoint .. end];

.. 运算符可以省略一些操作数，总共有下面这些操作类型，区间是左闭右开类型的，例如：0 .. 3 是 0, 1, 2：

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..      // RangeFull
a ..    // RangeFrom { start: a }
.. b    // RangeTo { end: b } 不包括b
a .. b  // Range { start: a, end: b } 不包括b

..= 运算符可以包含右边的结束值，例如 0 ..= 3 是 0, 1, 2, 3：

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..= b // RangeToInclusive { end: b } 
a ..= b // RangeInclusive::new(a, b)

但是在循环中，必须要有起始位置，因为循环必须要有个起始点。不过在数组切片中，六种形式都是有用的，如果 start 和 end 被省略，就会指向 slice 全部。

下面是一个分值算法的示例，用于实现快速排序：

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fn quicksort<T: Ord>(slice: &mut [T]) { 
    if slice.len() <= 1 {
        return; // Nothing to sort. 
    }
    
    // Partition the slice into two parts, front and back.
    let pivot_index = partition(slice);
    
    // Recursively sort the front half of `slice`.
    quicksort(&mut slice[.. pivot_index]);
    
    // And the back half.
    quicksort(&mut slice[pivot_index + 1 ..]); 
}

解引用操作符

一元 * 操作符被用于访问引用指向的值，由于 . 在访问结构体字段或者方法时会自动解引用，所以 * 没有太多发挥的场景。

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let padovan: Vec<u64> = compute_padovan_sequence(n); 
for elem in &padovan {
    draw_triangle(turtle, *elem);
}

算数，位运算，比较和逻辑运算符

大多数适合是和 C 语言比较相似的，我们来看一些特别的例子。- 可以用于表示负数，但是没有对应的 +。

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println!("{}", -100);      // -100
println!("{}", -100u32);  // error: can't apply unary `-` to type `u32` 
println!("{}", +100);     // error: expected expression, found `+`

与 C 中一样， a % b 计算除法向零舍入的有符号余数或模数。结果与左操作数的符号相同。请注意，% 可用于浮点数和整数：

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let x = 1234.567 % 10.0; // approximately 4.567

Rust 也继承了 C 的位运算符，&, |, ^, <<, >>，只是 Rust 中使用 ! 表示 NOT 而不是 ~：

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let hi: u8 = 0xe0; let lo = !hi; // 0x1f

移位运算符在处理有符号数时进行符号扩展，在处理无符号整数时进行 0 扩展。

位运算符比比较运算符有更高的优先级，这点和 C 语言不太一样。x & BIT != 0 表示 (x & BIT) != 0。

比较运算符 ==, !=, <, <=, >, >= 中的两个操作数必须要有相同的类型。

逻辑运算符 || 和 && 两个操作数必须都是 bool 类型。

赋值

= 赋值运算符用于变量的初始化，或者对可变变量，或者它们的字段，内部元素进行赋值。Rust 不同与其他语言，默认情况下，变量都是不可变的，也就是不能修改。

另外，如果值是 non-copy 类型，那么赋值运算符将会转移它的所有权，值原来的所有者就会变成未初始化状态。

除了基本的赋值运算符之外，还支持组合赋值，例如：+=，*=，-= 等等：

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total += item.price;

要注意的是，Rust 不支持 C 中的链式赋值，所以 a = b = 3 是不允许的，也不支持自增自减运算符 ++ 和 --。

类型转换

Rust 中的类型转换需要显示的使用 as 关键字：

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let x = 17; // x is type i32
let index = x as usize; // convert to usize

下面是几种允许显示转换的类型：

  • 内建的数字类型可以相互转换；将整数转换为另一种整数类型始终是明确定义的。转换为更窄的类型会导致截断。转换为更宽的有符号整数是符号扩展的，无符号整数是零扩展的，依此类推。从浮点类型转换为整数类型会向零舍入：-1.99 as i32 将会得到 -1。如果该值太大而无法放入整数类型，则强制转换会生成整数类型可以表示的最接近的值：1e6 as u8 将是 255；

  • bool 或 char 类型或类似 C 的枚举类型的值可以转换为任何整数类型，但是反过来转换是不允许的，例如，禁止将 u16 强制转换为 char 类型，因为某些 u16 值（如 0xd800）对应于无效的 Unicode 码点，它不是有效的 char 值。有一个标准方法，std::char::from_u32()，它执行运行时检查并返回一个 Option<char>，但这种转换的需求很少。作为一个例外，u8 是唯一可以转换成 char 的类型，因为它的范围 0-255 都是有效的 ASCII 字符；

我们说过转换通常需要强制转换，一些涉及引用类型的转换非常简单，即使没有强制转换，语言也会执行它们。下面是一些自动转换的场景：

  • String 类型的值可以自动转换为 &str 类型；
  • &Vec<i32> 类型的值可以自动转换为 &[i32] 类型；
  • &Box<Chessboard> 类型的值可以自动转换为 &Chessboard 类型；

闭包

Rust 有闭包，轻量级的类似函数的值。闭包通常由一个参数列表，在竖线之间给出，后跟一个表达式：

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let is_even = |x| x % 2 == 0

Rust 可以推断参数类型和返回类型，当然也可以向函数那样明确写出来。但是如果指定了返回类型，则为了语法上的完整性，闭包体必须是一个块：

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let is_even = |x: u64| -> bool x % 2 == 0; // error

let is_even = |x: u64| -> bool { x % 2 == 0 }; // ok

闭包的调用和函数调用语法一样：

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assert_eq!(is_even(14), true);