Rust 常用集合（上）

1、使用 Vector 储存列表

1.1 新建 vector

1.2 更新 vector

1.3 读取 vector 的元素

1.4 遍历 vector 中的元素

1.5 使用枚举来储存多种类型

1.6 丢弃 vector 时也会丢弃其所有元素

2、使用字符串储存 UTF-8 编码的文本

2.1 什么是字符串？

2.2 新建字符串

2.3 更新字符串

2.3.1 使用 push_str 和 push 附加字符串

2.3.2 使用 + 运算符或 format! 宏拼接字符串

2.3.3 索引字符串

2.3.4 字符串 slice

2.3.5 遍历字符串的方法

2.3.6 字符串并不简单

Rust 标准库中包含一系列被称为集合（collections）的非常有用的数据结构。大部分其他数据类型都代表一个特定的值，不过集合可以包含多个值。不同于内建的数组和元组类型，这些集合指向的数据是储存在堆上的，这意味着数据的数量不必在编译时就已知，并且还可以随着程序的运行增长或缩小。每种集合都有着不同功能和成本，而根据当前情况选择合适的集合，以下三种是在 Rust 程序中被广泛使用的集合;

vector 允许我们一个挨着一个地储存一系列数量可变的值
字符串（string）是字符的集合。我们之前见过 String 类型，不过在本章我们将深入了解。
哈希 map（hash map）允许我们将值与一个特定的键（key）相关联。这是一个叫做 map 的更通用的数据结构的特定实现。

1、使用 Vector 储存列表

我们要讲到的第一个类型是 Vec<T>，也被称为 vector。vector 允许我们在一个单独的数据结构中储存多于一个的值，它在内存中彼此相邻地排列所有的值。vector 只能储存相同类型的值。

1.1 新建 vector

为了创建一个新的空 vector，可以调用 Vec::new 函数，如下所示：

let v: Vec<i32> = Vec::new();

这里，定义了一个变量v，是vector类型，类型后面使用一对尖括号来表示Vector类型的泛型，在这里指定的是i32类型，所以变量v存储的是一组i32组成的集合。

通常，我们会用初始值来创建一个 Vec<T> 而 Rust 会推断出储存值的类型，所以很少会需要这些类型注解。为了方便 Rust 提供了 vec! 宏，这个宏会根据我们提供的值来创建一个新的 vector。

fn main() {
    let v = vec![1, 2, 3, 4, 5, 6];
    println!("{:?}", v.len()) // 6
}

因为我们提供了 i32 类型的初始值，Rust 可以推断出 v 的类型是 Vec<i32>，因此类型声明就不是必须的。

1.2 更新 vector

对于新建一个 vector 并向其增加元素，可以使用 push 方法

fn main() {
    let mut v = Vec::new();
    v.push(1);
    v.push(2);
    v.push(3);
    println!("{:?}", v.len()) // 3
}

1.3 读取 vector 的元素

fn main() {
    let mut v = Vec::new();
    v.push(1);
    v.push(2);
    v.push(3);
    let first = &v[0];
    println!("{:?}", first); // 3
    println!("{:?}", &v[100]); // index out of bounds:
    println!("{:?}", v.get(1)); // Some(2)
}

这里有几个细节需要注意。我们使用索引值 2 来获取第三个元素，因为索引是从数字 0 开始的。使用 & 和 [] 会得到一个索引位置元素的引用。当使用索引作为参数调用 get 方法时，会得到一个可以用于 match 的 Option<&T>。

当我们获取了 vector 的第一个元素的不可变引用并尝试在 vector 末尾增加一个元素的时候，如果尝试在函数的后面引用这个元素是行不通的：

fn main() {
    let mut v = Vec::new();
    v.push(1);
    v.push(2);
    v.push(3);
    let first = &v[0];
    v.push(100); // 报错......
    println!("{:?}", first); // 3
    println!("{:?}", &v[100]); // index out of bounds:
    println!("{:?}", v.get(1)); // Some(2)
}

会抛出如下错误：

所以在 vector 的结尾增加新元素时，在没有足够空间将所有元素依次相邻存放的情况下，可能会要求分配新内存并将老的元素拷贝到新的空间中。这时，第一个元素的引用就指向了被释放的内存。借用规则阻止程序陷入这种状况。

1.4 遍历 vector 中的元素

如果想要依次访问 vector 中的每一个元素，我们可以遍历其所有的元素而无需通过索引一次一个的访问。如下所示：

fn main() {
    let mut v = Vec::new();
    v.push(1);
    v.push(2);
    v.push(3);
    for i in &v {
        println!("{}", i)
    }
}

我们也可以遍历可变 vector 的每一个元素的可变引用以便能改变它们。如下所示：

fn main() {
    let mut v = Vec::new();
    v.push(1);
    v.push(2);
    v.push(3);
    for i in &mut v {
        *i *= 10;
    }
    println!("{:?}", v) // [10, 20, 30]
}

修改可变引用所指向的值，在使用 *= 运算符之前必须使用解引用运算符（*）获取 i 中的值。

1.5 使用枚举来储存多种类型

vector 只能储存相同类型的值。这是很不方便的；绝对会有需要储存一系列不同类型的值的用例。幸运的是，枚举的成员都被定义为相同的枚举类型，所以当需要在 vector 中储存不同类型值时，我们可以定义并使用一个枚举！看一下下面这个示例：

fn main() {
    #[derive(Debug)]
    enum Value {
        Int(i32),
        Float(f32),
        Text(String),
        Valid(bool),
    }

    let mut v = Vec::new();
    v.push(Value::Int(1));
    v.push(Value::Float(1.1));
    v.push(Value::Text(String::from("wangwu")));
    v.push(Value::Valid(true));
    println!("{:?}", v) // [Int(1), Float(1.1), Text("wangwu"), Valid(true)]
}

Rust 在编译时就必须准确的知道 vector 中类型的原因在于它需要知道储存每个元素到底需要多少内存。第二个好处是可以准确的知道这个 vector 中允许什么类型。如果 Rust 允许 vector 存放任意类型，那么当对 vector 元素执行操作时一个或多个类型的值就有可能会造成错误。

1.6 丢弃 vector 时也会丢弃其所有元素

类似于任何其他的 struct，vector 在其离开作用域时会被释放，如下所示：

{
    let v = vec![1, 2, 3, 4];

    // todo
} // 超出作用域，v被丢弃，对应的元素值也会被丢弃

2、使用字符串储存 UTF-8 编码的文本

2.1 什么是字符串？

在开始深入这些方面之前，我们需要讨论一下术语 字符串 的具体意义。Rust 的核心语言中只有一种字符串类型：字符串 slice str，它通常以被借用的形式出现，&str。第四章讲到了 字符串 slices：它们是一些对储存在别处的 UTF-8 编码字符串数据的引用。举例来说，由于字符串字面值被储存在程序的二进制输出中，因此字符串字面值也是字符串 slices。

字符串（String）类型由 Rust 标准库提供，而不是编入核心语言，它是一种可增长、可变、可拥有、UTF-8 编码的字符串类型。当 Rustaceans 提及 Rust 中的 "字符串 "时，他们可能指的是 String 或 string slice &str 类型，而不仅仅是其中一种类型。虽然本节主要讨论 String，但这两种类型在 Rust 的标准库中都有大量使用，而且 String 和字符串 slices 都是 UTF-8 编码的。

2.2 新建字符串

很多 Vec 可用的操作在 String 中同样可用，事实上 String 被实现为一个带有一些额外保证、限制和功能的字节 vector 的封装。其中一个同样作用于 Vec<T> 和 String 函数的例子是用来新建一个实例的 new 函数，如下所示：

    let mut s = String::new();

上面创建了一个叫做 s 的空的字符串，接着我们可以向其中装载数据。通常字符串会有初始数据，因为我们希望一开始就有这个字符串。为此，可以使用 to_string 方法，它能用于任何实现了 Display trait 的类型，比如字符串字面值。如下所示：

fn main() {
    let data = "test string";

    let s = data.to_string();

    // 该方法也可直接用于字符串字面值：
    let s = "test string".to_string();
    println!("{:?}", s) // test string
}

也可以使用 String::from 函数来从字符串字面值创建 String。如下所示：

let data = String::from("test string");

2.3 更新字符串

String 的大小可以增加，其内容也可以改变，就像可以放入更多数据来改变 Vec 的内容一样。另外，可以方便的使用 + 运算符或 format! 宏来拼接 String 值。

2.3.1 使用 push_str 和 push 附加字符串

可以通过 push_str 方法来附加字符串 slice，从而使 String 变长，如下所示：

fn main() {
    let mut s = String::from("hello ");
    s.push_str("world");
    println!("{}", s) // hello world
}

push 方法被定义为获取一个单独的字符作为参数，并附加到 String 中。如下所示：

fn main() {
    let mut s = String::from("hell");
    s.push('o');
    println!("{s}");
}

2.3.2 使用 + 运算符或 format! 宏拼接字符串

通常你会希望将两个已知的字符串合并在一起。一种办法是像这样使用 + 运算符，如下所示：

fn main() {
    let h = String::from("hello ");
    let w = String::from("world");
    let res = h + &w;
    println!("{res}"); // hello world
}

执行完代码之后，h在相加之后不再有效，+运算符调用时跟函数签名有关，+运算符使用了add函数，这个函数看起来像这样：

    fn add(mut self, other: &str) -> String {
        self.push_str(other);
        self
    }

首先，w 使用了 &，意味着我们使用第二个字符串的引用与第一个字符串相加。这是因为 add 函数的 s 参数：只能将 &str 和 String 相加，不能将两个 String 值相加。不过等一下 —— &w的类型是 &String, 而不是 add 第二个参数所指定的 &str。那么为什么还能编译呢？

之所以能够在 add 调用中使用 &w 是因为 &String 可以被强转（coerced）成 &str。当add函数被调用时，Rust 使用了一个被称为 Deref 强制转换（deref coercion）的技术，你可以将其理解为它把 &w 变成了 &w[..]。因为 add 没有获取参数的所有权，所以 w 在这个操作后仍然是有效的 String。

其次，可以发现签名中 add 获取了 self 的所有权，因为 self 没有使用 &。这意味着示例 8-18 中的 h 的所有权将被移动到 add 调用中，之后就不再有效。所以虽然 let res = h + &w; 看起来就像它会复制两个字符串并创建一个新的字符串，而实际上这个语句会获取 h 的所有权，附加上从 w 中拷贝的内容，并返回结果的所有权。换句话说，它看起来好像生成了很多拷贝，不过实际上并没有：这个实现比拷贝要更高效。

如果想要级联多个字符串，+ 的行为就显得笨重了：

fn main() {
    let h = String::from("hello ");
    let w = String::from("world");
    let t = String::from(", 123");
    let res = h + &w + &t;
    println!("{res}"); // hello world, 123
}

对于更为复杂的字符串链接，我们可以使用 format! 宏：

fn main() {
    let h = String::from("hello ");
    let w = String::from("world");
    let t = String::from(", 123");
    println!("{h}{w}{t}"); // hello world, 123
}

2.3.3 索引字符串

在很多语言中，通过索引来引用字符串中的单独字符是有效且常见的操作。然而在 Rust 中，如果你尝试使用索引语法访问 String 的一部分，会出现一个错误。

fn main() {
    let h = String::from("hello ");
    let res = h[0];
}

我们可以看下字符串的实现。

pub struct String {
    vec: Vec<u8>,
}

所以在获取索引的时候，并不会返回我们所期望的第一个字母，而在Rust在编译过程就会阻止，并报错。

2.3.4 字符串 slice

字符串索引应该返回的类型是不明确的：字节值、字符、字形簇或者字符串 slice。因此，如果你真的希望使用索引创建字符串 slice 时，Rust 会要求你更明确一些。为了更明确索引并表明你需要一个字符串 slice，相比使用 [] 和单个值的索引，可以使用 [] 和一个 range 来创建含特定字节的字符串 slice：

fn main() {
    let h = "Здравствуйте";
    let res = &h[0..4];
    println!("{res}") // Зд
}

如果获取 &h[0..1] 会发生什么呢？答案是：Rust 在运行时会 panic，就跟访问 vector 中的无效索引时一样：

2.3.5 遍历字符串的方法

操作字符串每一部分的最好的方法是明确表示需要字符还是字节。对于单独的 Unicode 标量值使用 chars 方法。对 “Зд” 调用 chars 方法会将其分开并返回两个 char 类型的值，接着就可以遍历其结果来访问每一个元素了：

fn main() {
    let str = "Здравствуйте";
    for i in str.chars() {
        println!("{i}") // З д р ...
    }
}

另外 bytes 方法返回每一个原始字节，这可能会适合你的使用场景：

fn main() {
    let str = "Здравствуйте";
    for i in str.bytes() {
        println!("{i}") // 208 151 ...
    }
}

2.3.6 字符串并不简单

总而言之，字符串还是很复杂的。不同的语言选择了不同的向程序员展示其复杂性的方式。Rust 选择了以准确的方式处理 String 数据作为所有 Rust 程序的默认行为，这意味着程序员们必须更多的思考如何预先处理 UTF-8 数据。这种权衡取舍相比其他语言更多的暴露出了字符串的复杂性，不过也使你在开发周期后期免于处理涉及非 ASCII 字符的错误。

好消息是标准库提供了很多围绕 String 和 &str 构建的功能，来帮助我们正确处理这些复杂场景。请务必查看这些使用方法的文档，例如 contains 来搜索一个字符串，和 replace 将字符串的一部分替换为另一个字符串。

称作 String 的类型是由标准库提供的，而没有写进核心语言部分，它是可增长的、可变的、有所有权的、UTF-8 编码的字符串类型。当 Rustacean 们谈到 Rust 的 “字符串”时，它们通常指的是 String 或字符串 slice &str 类型，而不特指其中某一个。虽然本部分内容大多是关于 String 的，不过这两个类型在 Rust 标准库中都被广泛使用，String 和字符串 slices 都是 UTF-8 编码的。