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Rust?枚舉的使用學(xué)習(xí)筆記

更新時(shí)間：2024年03月14日 10:25:02 作者：希望_睿智

Rust中的枚舉是一種用戶定義的類型，本文主要介紹了Rust枚舉的使用，它們不僅僅用于表示幾個(gè)固定的值，還可以包含函數(shù)和方法，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的可以了解一下

概述

Rust中的枚舉是一種用戶定義的類型，它允許你為一組相關(guān)的值賦予友好的名稱。在Rust中，枚舉是強(qiáng)大的工具，它們不僅僅用于表示幾個(gè)固定的值，還可以包含函數(shù)和方法，使得枚舉成員可以有自己的行為。通過與模式匹配和其他Rust特性結(jié)合使用，枚舉在構(gòu)建健壯、無崩潰的應(yīng)用程序中發(fā)揮了重要作用，并可大幅提高代碼的可讀性、可維護(hù)性和類型安全性。

基礎(chǔ)枚舉

在Rust中，枚舉通過關(guān)鍵字enum進(jìn)行聲明，它可以包含一組相關(guān)的命名常量。比如：我們可以定義一個(gè)枚舉來表示一周的幾天。

enum Day {
    Monday,
    Tuesday,
    Wednesday,
    Thursday,
    Friday,
    Saturday,
    Sunday,
}

定義好枚舉后，我們可以像下面這樣使用枚舉值。

let cur_day = Day::Wednesday;

關(guān)聯(lián)枚舉

Rust中的枚舉還可以帶有關(guān)聯(lián)值，這使得枚舉成員可以有不同的數(shù)據(jù)類型。比如：我們可以定義一個(gè)表示結(jié)果的枚舉，其中一個(gè)成員包含整數(shù)值，另一個(gè)成員則包含字符串值。

enum Result {
    Ok(i32),
    Err(String),
}

fn main() {
    let success = Result::Ok(66);
    let failure = Result::Err(String::from("failed"));
}

在上面的示例代碼中，Result::Ok有一個(gè)i32類型的關(guān)聯(lián)值，Result::Err有一個(gè)String類型的關(guān)聯(lián)值。

另外，我們還可以為枚舉中的屬性命名，類似于結(jié)構(gòu)體的語法。但請?zhí)貏e注意：枚舉并不能像訪問結(jié)構(gòu)體字段那樣訪問枚舉綁定的屬性，訪問的方法可參考下面的匹配枚舉。

enum Shape {
    Point {x: i32, y: i32},
    Rectangle {width: i32, height: i32},
    Circle(i32),
}

fn main() {
    let point = Shape::Point{x: 66, y: 88};
    let rect = Shape::Rectangle{width: 10, height: 20};
    let circle = Shape::Circle(100);
}

匹配枚舉

使用match表達(dá)式，可以很方便地處理枚舉類型的值。Rust強(qiáng)制要求枚舉的所有可能變體在match表達(dá)式中都被考慮到，以避免未處理的枚舉導(dǎo)致的運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。

enum Direction {
    Up(u32),
    Down(i32),
    Left(String),
    Right(String),
}

fn main() {
    let direction = Direction::Up(66);
    match direction {
        Direction::Up(value) => println!("turn up by {}", value),
        Direction::Down(value) => println!("turn down by {}", value),
        Direction::Left(text) => println!("turn left to {}", text),
        Direction::Right(text) => println!("turn right to {}", text),
    }
}

match表達(dá)式也可以當(dāng)作函數(shù)表達(dá)式來對待，它是可以有返回值的。但有一點(diǎn)需要注意：所有返回值表達(dá)式的類型必須一樣。

enum Direction {
    Up(u32),
    Down(i32),
    Left(String),
    Right(String),
}

fn convert(direction: Direction) -> u32 {
    match direction {
        Direction::Up(value) => 100,
        Direction::Down(value) => 200,
        Direction::Left(text) => 300,
        Direction::Right(text) => 400,
    }
}

fn main() {
    let value = convert(Direction::Down(99));
    println!("{}", value);
}

在match表達(dá)式中，還可以使用通配符，用于對一些特定的值采取特殊操作，而對其他的值采取默認(rèn)操作。在下面的示例代碼中，我們對88和99采取了特殊操作，但對其他值采取了統(tǒng)一的默認(rèn)處理。

fn main() {
    let value = 66;
    match value {
        88 => println!("conditon 88"),
        99 => println!("conditon 99"),
        other => println!("other conditon {}", other),
    }
}

注意：我們必須將通配分支放在最后，因?yàn)槟Ｊ绞前错樞蚱ヅ涞?。如果我們在通配分支后再添加其他分支，Rust在編譯時(shí)會警告我們“unreachable pattern”，因?yàn)榇撕蟮姆种в肋h(yuǎn)不會被匹配到。

另外，Rust還提供了一種模式：當(dāng)我們不想使用通配模式獲取的值時(shí)，可以使用占位符_。這是一種特殊的模式，可以匹配任意值而不綁定到該值。占位符會告訴Rust，我們不會使用這個(gè)值，因此Rust也不會警告我們存在未使用的變量。

fn main() {
    let value = 66;
    match value {
        88 => println!("conditon 88"),
        99 => println!("conditon 99"),
        _ => println!("other conditons"),
    }
}

可以看到，對于只有兩種匹配情況的場景來說，match顯得比較繁瑣，必須使用通配符或占位符。為此，Rust提供了語法糖if let，用于簡化代碼。可以在if let中包含一個(gè)else，else塊中的代碼與match表達(dá)式中占位符分支塊中的代碼相同。

fn main() {
    let value = 66;
    if let 66 = value {
        println!("conditon 66");
    } else {
        println!("other conditons");
    }
}

使用if let，意味著編寫更少的代碼，但這會失去match強(qiáng)制要求的窮盡性檢查（因?yàn)閑lse是可選的）。到底該使用match還是if let，取決于我們對增加簡潔度和失去窮盡性檢查之間的權(quán)衡取舍。

Option枚舉

Rust中的Option類型是一種枚舉，它是Rust語言的核心特性之一，用于處理值可能存在的狀態(tài)。在許多其他編程語言中，這種場景可能會使用null、None或其他表示空或缺失的特殊值來處理，但這些通常會導(dǎo)致潛在的空引用錯(cuò)誤。而Rust通過設(shè)計(jì)Option<T>類型，強(qiáng)制開發(fā)者在編譯時(shí)就必須考慮值可能不存在的情況，從而保證了運(yùn)行時(shí)的安全性。

Option類型的定義如下：

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

Option<T>中，T是一個(gè)泛型參數(shù)，代表了當(dāng)值存在時(shí)的具體類型。這意味著，Option可以包裹任何類型的值。比如：Option<i32>表示可能包含一個(gè)整數(shù)值，或者沒有值。

Option類型提供的主要方法如下。

unwrap(): 如果Option是Some(value)，則返回該value；如果Option是None，則觸發(fā)異常。這主要用于開發(fā)階段調(diào)試和確定程序邏輯正確的地方，不推薦在生產(chǎn)代碼中濫用，因?yàn)樗鼤苯咏K止程序執(zhí)行。
expect(msg): 類似于unwrap(), 但在觸發(fā)異常時(shí)，提供了一個(gè)自定義的消息。
is_none(): 返回一個(gè)布爾值，表示Option是否為None。
is_some(): 返回一個(gè)布爾值，表示Option是否有值。
ok_or(err): 將Option轉(zhuǎn)換成Result，若為Some則映射到Ok(_)，若為None則映射到Err(err)。
map(f): 如果Option是Some(T)，應(yīng)用函數(shù)f給T并返回一個(gè)新的Option<T'>(T'是f作用后的新類型)。如果Option是None，則返回None。
and_then(f): 類似于map()，但是f必須返回一個(gè)Option<T'>，它將鏈?zhǔn)秸{(diào)用并保持Option的狀態(tài)。
unwrap_or(default): 如果Option是Some，則返回其中的值。否則，返回提供的默認(rèn)值。
unwrap_or_else(f): 類似于unwrap_or()，但當(dāng)Option為None時(shí)，調(diào)用函數(shù)f生成默認(rèn)值。

Option類型的具體使用方法，可參考下面的示例代碼。

fn divide(a: i32, b: i32) -> Option<i32> {
    if b == 0 {
        None
    } else {
        Some(a / b)
    }
}

fn main() {
    let result = divide(10, 2);
    match result {
        Some(value) => println!("result is: {}", value),
        None => println!("can't be zero"),
    }

    // 當(dāng)除數(shù)非零時(shí)，得到結(jié)果；否則，返回-1。
    let value = divide(10, 0).unwrap_or(-1);
    println!("value is: {}", value);

    // 使用map進(jìn)行鏈?zhǔn)讲僮?，輸? Some(10)
    let number = Some(5);
    let number2 = number.map(|n| n * 2);
    println!("number2 is: {:?}", number2);
}

Option類型在Rust中有著廣泛的應(yīng)用場景，可以用于初始化值、作為函數(shù)的返回值、表示簡單錯(cuò)誤、作為結(jié)構(gòu)體的可選字段等。通過使用Option，我們可以更加明確地處理可能為空的情況，從而避免許多由于空值引起的運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。這也是Rust語言相對于C/C++等語言的一大明顯優(yōu)勢。

枚舉綁定方法

與結(jié)構(gòu)體類似，Rust的枚舉還允許你在枚舉成員上定義函數(shù)和方法。比如：我們可以給上面的Result枚舉添加一個(gè)describe方法。

enum Result {
    Ok(i32),
    Err(String),
}

impl Result {
    fn describe(&self) -> &str {
        match self {
            Result::Ok(_) => "Operation was successful",
            Result::Err(_) => "Operation failed",
        }
    }
}

fn main() {
    let success = Result::Ok(42);
    let failure = Result::Err(String::from("something went wrong"));

    println!("{}", success.describe());
    println!("{}", failure.describe()); 
}

使用 Option 枚舉處理可能為空的值

在 Rust 中，為了處理可能為空的值，通常使用 Option 枚舉類型。Option 類型有兩個(gè)成員：Some 和 None。Some 成員表示有值的情況，None 成員表示沒有值的情況。

以下是一個(gè)使用 Option 枚舉的示例：

fn divide(dividend: f64, divisor: f64) -> Option<f64> {
    if divisor == 0.0 {
        None
    } else {
        Some(dividend / divisor)
    }
}

fn main() {
    let result = divide(10.0, 2.0);
    
    match result {
        Some(value) => println!("Result: {}", value),
        None => println!("Cannot divide by zero"),
    }
}

在上面的代碼中，我們定義了一個(gè)名為 divide 的函數(shù)，它返回一個(gè) Option<f64> 類型的值。如果除數(shù)為零，則返回 None，否則返回 Some 并包含除法運(yùn)算的結(jié)果。

在 main 函數(shù)中，我們調(diào)用 divide 函數(shù)并使用 match 表達(dá)式對返回的結(jié)果進(jìn)行模式匹配。如果結(jié)果是 Some，則打印結(jié)果；如果結(jié)果是 None，則打印除數(shù)為零的錯(cuò)誤消息。

自定義枚舉類型

除了使用內(nèi)置的枚舉類型，我們還可以自定義枚舉類型。自定義枚舉類型允許我們根據(jù)特定需求創(chuàng)建自己的數(shù)據(jù)類型。

以下是一個(gè)自定義枚舉類型的示例：

enum Fruit {
    Apple,
    Banana,
    Orange,
}

enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}

在上面的代碼中，我們定義了兩個(gè)自定義枚舉類型。Fruit 枚舉類型表示水果，有三個(gè)成員：Apple、Banana 和 Orange。Result 枚舉類型是一個(gè)通用的結(jié)果類型，有兩個(gè)類型參數(shù) T 和 E，分別表示成功的結(jié)果和錯(cuò)誤的類型。Result 枚舉類型有兩個(gè)成員：Ok 和 Err，分別表示成功和失敗的情況。

使用自定義枚舉類型時(shí)，我們可以根據(jù)實(shí)際需求定義和使用枚舉成員，以及處理枚舉值的模式匹配。