一、標(biāo)量類型（Scalar Types）

標(biāo)量類型代表一個(gè)單獨(dú)的值。Rust 中有四大基本標(biāo)量類型：整數(shù)（integer）、浮點(diǎn)數(shù)（floating-point number）、布爾（boolean）和字符（character）。這幾種類型在大多數(shù)編程語(yǔ)言中都很常見。

1. 整數(shù)類型（Integer Types）

整數(shù)（integer）是沒(méi)有小數(shù)部分的數(shù)字。在之前的猜數(shù)字游戲教程里，我們用到了 u32。這個(gè)類型聲明表示該值是一個(gè)無(wú)符號(hào)（unsigned）32 位整數(shù)（如果是有符號(hào)類型，會(huì)以 i 開頭，例如 i32）。

下表展示了 Rust 中所有內(nèi)置的整數(shù)類型，每個(gè)類型要么是有符號(hào)（signed），要么是無(wú)符號(hào)（unsigned），并且有明確的位數(shù)大小。

• 有符號(hào)（signed）表示數(shù)值可能為正也可能為負(fù)，所以存儲(chǔ)時(shí)需要符號(hào)位；
• 無(wú)符號(hào)（unsigned）則只表示非負(fù)數(shù)（0 或正數(shù)），不需要符號(hào)位。

對(duì)于有符號(hào)整數(shù)，如果類型是 i8，它可以存儲(chǔ)從 -128 到 127 的數(shù)值；若是 i16，則范圍會(huì)相應(yīng)擴(kuò)大，以此類推。無(wú)符號(hào)類型則從 0 起算。例如 u8 能表示 0 到 255。

isize 和 usize 根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)的不同而變化：在 64 位架構(gòu)上是 64 位，在 32 位架構(gòu)上是 32 位。這些類型常用于根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行索引或內(nèi)存大小計(jì)算等場(chǎng)景。

1.1 整數(shù)字面量

在 Rust 中可以使用多種形式來(lái)表達(dá)整數(shù)字面量（literal），如下表所示：

注意：

• 可以在數(shù)字中使用下劃線 _ 作為分隔符來(lái)提高可讀性，例如 1_000 與 1000 等價(jià)。
• 如果需要指定類型，可以在數(shù)字后面加上類型后綴，比如 57u8。

通常如果不確定該用什么整數(shù)類型，Rust 默認(rèn)使用 i32。若需要根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行索引等場(chǎng)景時(shí)，才考慮使用 isize 或 usize。

1.2 整數(shù)溢出（Integer Overflow）

假設(shè)我們有一個(gè) u8 類型的變量，它能表示的數(shù)值范圍是 [0, 255]。如果嘗試將其賦值為 256，就會(huì)發(fā)生整數(shù)溢出（integer overflow），導(dǎo)致以下兩種行為之一：

• 調(diào)試（debug）模式編譯：Rust 會(huì)執(zhí)行溢出檢查，一旦發(fā)現(xiàn)溢出，就會(huì)在運(yùn)行時(shí) panic（程序崩潰并退出）。
• 發(fā)布（release）模式編譯：Rust 不做溢出檢查，而是進(jìn)行二補(bǔ)碼環(huán)繞（two’s complement wrapping）。換言之，超出最大可表示值時(shí)會(huì)“環(huán)繞”回最小值。例如，對(duì)于 u8 類型，256 會(huì)變成 0，257 會(huì)變成 1，等等。不會(huì)出現(xiàn) panic，但是結(jié)果往往與期望不符。

在實(shí)際開發(fā)中，不應(yīng)依賴整數(shù)溢出的環(huán)繞行為，這被認(rèn)為是錯(cuò)誤的做法。若需要顯式處理溢出，可以使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)里為整數(shù)提供的以下方法族：

• wrapping_*：如 wrapping_add，始終進(jìn)行環(huán)繞運(yùn)算；
• checked_*：如 checked_add，若溢出則返回 None；
• overflowing_*：如 overflowing_add，返回一個(gè)元組 (結(jié)果, bool)，其中 bool 指示是否發(fā)生溢出；
• saturating_*：如 saturating_add，在溢出時(shí)結(jié)果會(huì)自動(dòng)“飽和”到對(duì)應(yīng)類型的最小或最大值。

2. 浮點(diǎn)數(shù)類型（Floating-Point Types）

Rust 提供了兩種原生的浮點(diǎn)數(shù)類型：f32（32 位）和 f64（64 位）。默認(rèn)使用 f64，因?yàn)樵诂F(xiàn)代 CPU 上，f64 與 f32 速度幾乎相當(dāng)，但精度更高。所有浮點(diǎn)類型都是有符號(hào)數(shù)。

fn main() {
    let x = 2.0;    // f64
    let y: f32 = 3.0;  // f32
    println!("x = {}, y = {}", x, y);
}

Rust 的浮點(diǎn)數(shù)遵循 IEEE-754 標(biāo)準(zhǔn)。

3. 數(shù)值運(yùn)算（Numeric Operations）

Rust 支持常見的數(shù)值運(yùn)算：加法、減法、乘法、除法和取余。需要注意的是，整數(shù)除法會(huì)向零方向取整（截?cái)嘈?shù)部分）。示例：

fn main() {
    // 加法
    let sum = 5 + 10;
    // 減法
    let difference = 95.5 - 4.3;
    // 乘法
    let product = 4 * 30;
    // 除法
    let quotient = 56.7 / 32.2;
    // 取余
    let remainder = 43 % 5;
    println!("sum = {}", sum);
    println!("difference = {}", difference);
    println!("product = {}", product);
    println!("quotient = {}", quotient);
    println!("remainder = {}", remainder);
}

如果需要查看 Rust 提供的所有運(yùn)算符，可以參考 附錄 B。

4. 布爾類型（Boolean Type）

布爾類型（bool）只有兩個(gè)可能的值：true 和 false。它所占的大小是 1 個(gè)字節(jié)。例如：

fn main() {
    let t = true;
    let f: bool = false;
    println!("t = {}, f = {}", t, f);
}

布爾常常用于條件判斷（如 if 表達(dá)式），后面會(huì)在“控制流”一節(jié)詳述。

5. 字符類型（Character Type）

Rust 的 char 類型是最基礎(chǔ)的字母類型，用單引號(hào)包裹，支持 Unicode Scalar Value。這意味著它可以表示除 ASCII 之外更多的字符，比如帶重音的拉丁字符、中文、日文、韓文、emoji、零寬空格等。例如：

fn main() {
    let c = 'z';
    let z = '?';
    let heart_eyed_cat = '??';
    println!("{}, {}, {}", c, z, heart_eyed_cat);
}

Rust 的 char 類型占 4 個(gè)字節(jié)，對(duì)應(yīng) Unicode Scalar Value 范圍：U+0000 ~ U+D7FF 和 U+E000 ~ U+10FFFF。需要注意的是，Unicode 的“字符”概念可能與人們直覺中的“字符”不完全一致。詳情可參考第 8 章關(guān)于字符串的討論。

二、復(fù)合類型（Compound Types）

復(fù)合類型可以將多個(gè)值組合成一個(gè)類型。Rust 提供了兩種原生的復(fù)合類型：元組（tuple）和數(shù)組（array）。

1. 元組類型（Tuple Type）

元組（tuple）可以將多個(gè)類型各異的值組合到一個(gè)復(fù)合類型中，長(zhǎng)度固定，不可增長(zhǎng)或縮短。使用小括號(hào) () 包含并用逗號(hào)分隔不同的值。例如：

fn main() {
    let tup: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);
    println!("tup = {:?}", tup);
}

1.1 解構(gòu)（Destructuring）元組

要獲取元組中的單獨(dú)值，可以使用模式匹配（pattern matching）進(jìn)行解構(gòu)：

fn main() {
    let tup = (500, 6.4, 1);
    let (x, y, z) = tup;
    println!("y = {}", y);
}

執(zhí)行后，y 的值就是 6.4。這里 tup 被“拆解”成了 x, y, z 三個(gè)變量的過(guò)程，稱為解構(gòu)。

1.2 使用索引訪問(wèn)元組

也可以直接用點(diǎn)號(hào)加索引來(lái)訪問(wèn)元組的指定元素：

fn main() {
    let x: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);
    let five_hundred = x.0;
    let six_point_four = x.1;
    let one = x.2;
    println!("{}, {}, {}", five_hundred, six_point_four, one);
}

需要注意，索引從 0 開始。

1.3 單元類型（Unit Type）

如果元組不包含任何元素，則被稱為單元元組（unit）。它寫作 ()，表示一種空值或空的返回類型。若一個(gè)表達(dá)式?jīng)]有返回任何其他值，默認(rèn)會(huì)返回單元元組。

2. 數(shù)組類型（Array Type）

數(shù)組（array）也是一種把多個(gè)值組合在一起的方式，但它與元組有兩個(gè)主要區(qū)別：

• 數(shù)組中所有元素類型相同；
• 數(shù)組長(zhǎng)度固定，一旦聲明，長(zhǎng)度就無(wú)法改變。

例如：

fn main() {
    let a = [1, 2, 3, 4, 5];
    println!("{:?}", a);
}

數(shù)組通常存儲(chǔ)在棧上（stack）而不是堆上（heap），這在 第 4 章 會(huì)詳細(xì)解釋。若需要一個(gè)可伸縮的序列，則使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的 向量（vector，Vec<T>）。如果你需要一個(gè)長(zhǎng)度固定的序列，數(shù)組就非常合適。比如月份名稱：

let months = [
    "January", "February", "March", "April", "May", "June",
    "July", "August", "September", "October", "November", "December"
];

2.1 數(shù)組的類型注解

聲明數(shù)組類型時(shí)，需要在方括號(hào)里寫元素類型、分號(hào)、元素個(gè)數(shù)：

let a: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];

這里 i32 是每個(gè)元素的類型，5 表示數(shù)組長(zhǎng)度。

2.2 初始化為相同元素

如果想讓數(shù)組的所有元素都相同，可以使用如下語(yǔ)法：

let a = [3; 5];
// 等價(jià)于 let a = [3, 3, 3, 3, 3];

2.3 訪問(wèn)數(shù)組元素

可以使用索引來(lái)訪問(wèn)數(shù)組元素：

fn main() {
    let a = [1, 2, 3, 4, 5];
    let first = a[0];
    let second = a[1];
    println!("first = {}, second = {}", first, second);
}

2.4 越界訪問(wèn)與運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤

如果索引超出了數(shù)組的長(zhǎng)度，Rust 會(huì)在運(yùn)行時(shí)檢查到錯(cuò)誤并 panic：

fn main() {
    let a = [1, 2, 3, 4, 5];
    println!("請(qǐng)輸入一個(gè)數(shù)組索引。");
    let mut index = String::new();
    std::io::stdin()
        .read_line(&mut index)
        .expect("讀取失敗");
    let index: usize = index
        .trim()
        .parse()
        .expect("輸入的索引不是數(shù)字");
    let element = a[index];
    println!("你選擇的元素是：{}", element);
}

如果你輸入了超出 [0..4] 范圍的索引，比如 10，就會(huì)引發(fā) panic，顯示類似：

thread 'main' panicked at 'index out of bounds: the len is 5 but the index is 10', src/main.rs:19:19

程序因此退出并不會(huì)執(zhí)行后續(xù)的 println!。這是 Rust 保證內(nèi)存安全的體現(xiàn)：許多低級(jí)語(yǔ)言在越界索引時(shí)可能會(huì)訪問(wèn)非法內(nèi)存地址，引發(fā)不可預(yù)料的后果，而 Rust 直接在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)并退出以保證安全。

小結(jié)

在本篇文章中，我們介紹了 Rust 最常用的兩種數(shù)據(jù)類型子集：標(biāo)量類型和復(fù)合類型。標(biāo)量類型包括整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、布爾和字符，它們各自有不同的表示和范圍；復(fù)合類型包括元組和數(shù)組，可以用于將多個(gè)值組合到一個(gè)類型中，并且在長(zhǎng)度是否可變和類型一致性方面有所區(qū)別。

• 標(biāo)量類型：
  • 整數(shù)：如 i32, u32, i8, u8 等，不同字長(zhǎng)和有符號(hào)/無(wú)符號(hào)選擇；
  • 浮點(diǎn)數(shù)：f32 和 f64，默認(rèn)使用 f64；
  • 布爾：bool，僅有 true 和 false；
  • 字符：char，占 4 字節(jié)，可表示 Unicode Scalar Value。
• 復(fù)合類型：
  • 元組：可含多種類型，長(zhǎng)度固定；可用解構(gòu)或索引方式訪問(wèn)；
  • 數(shù)組：同類型元素的集合，長(zhǎng)度固定，存儲(chǔ)于棧上。

對(duì)于新手而言，遇到無(wú)法自動(dòng)推斷類型的情形時(shí)，需要加上類型注解，尤其是在使用 parse 或其他需要指明具體數(shù)值類型的場(chǎng)景下。隨著實(shí)踐的深入，Rust 提供的多種安全檢查機(jī)制（如整數(shù)溢出檢查、數(shù)組越界檢查等）會(huì)給予你更多信心和安全感，同時(shí)也需要你熟悉這些機(jī)制以寫出高效且安全的代碼。

在后續(xù)章節(jié)中，我們將會(huì)不斷深入 Rust 的特性，包括所有權(quán)、引用與切片、集合類型（向量、字符串、哈希映射）以及錯(cuò)誤處理等，希望你能繼續(xù)保持對(duì) Rust 的探索與學(xué)習(xí)。

參考與致謝

• The Rust Programming Language - By Steve Klabnik and Carol Nichols, CC BY 4.0
• 本文部分內(nèi)容基于其翻譯和改寫，如需了解更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)閱讀官方文檔。

到此這篇關(guān)于Rust 數(shù)據(jù)類型詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Rust 數(shù)據(jù)類型內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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