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上一节中提到需要一个更高级的数据结构来帮助我们更好的抽象问题，结构体 struct 恰恰就是这样的复合数据结构，它是由其它数据类型组合而来。 其它语言也有类似的数据结构，不过可能有不同的名称，例如 object、 record 等。 结构体跟之前讲过的元组有些相像：都是由多种类型组合而成。但是与元组不同的是，结构体可以为内部的每个字段起一个富有含义的名称。因此结构体更加灵活更加强大，你无需依赖这些字段的顺序来访问和解析它们。 结构体语法天下无敌的剑士往往也因为他有一柄无双之剑，既然结构体这么强大，那么我们就需要给它配套一套强大的语法，让用户能更好的驾驭。 定义结构体一个结构体由几部分组成： 通过关键字 struct 定义 一个清晰明确的结构体 名称 几个有名字的结构体 字段例如, 以下结构体定义了某网站的用户： #![allow(unused)] fn main() { struct User { active: bool, username: String, email: String, sign_in_count: u64, } }该结构体名称是 User，拥有 4 个字段，且每个字段都有对应的字段名及类型声明，例如 username 代表了用户名，是一个可变的 String 类型。 创建结构体实例为了使用上述结构体，我们需要创建 User 结构体的实例： #![allow(unused)] fn main() { let user1 = User { email: String::from("[email protected]"), username: String::from("someusername123"), active: true, sign_in_count: 1, }; }有几点值得注意: 初始化实例时，每个字段都需要进行初始化 初始化时的字段顺序不需要和结构体定义时的顺序一致 访问结构体字段通过 . 操作符即可访问结构体实例内部的字段值，也可以修改它们： #![allow(unused)] fn main() { let mut user1 = User { email: String::from("[email protected]"), username: String::from("someusername123"), active: true, sign_in_count: 1, }; user1.email = String::from("[email protected]"); }需要注意的是，必须要将结构体实例声明为可变的，才能修改其中的字段，Rust 不支持将某个结构体某个字段标记为可变。 简化结构体创建下面的函数类似一个构建函数，返回了 User 结构体的实例： #![allow(unused)] fn main() { fn build_user(email: String, username: String) -> User { User { email: email, username: username, active: true, sign_in_count: 1, } } }它接收两个字符串参数： email 和 username，然后使用它们来创建一个 User 结构体，并且返回。可以注意到这两行： email: email 和 username: username，非常的扎眼，因为实在有些啰嗦，如果你从 TypeScript 过来，肯定会鄙视 Rust 一番，不过好在，它也不是无可救药： #![allow(unused)] fn main() { fn build_user(email: String, username: String) -> User { User { email, username, active: true, sign_in_count: 1, } } }如上所示，当函数参数和结构体字段同名时，可以直接使用缩略的方式进行初始化，跟 TypeScript 中一模一样。 结构体更新语法在实际场景中，有一种情况很常见：根据已有的结构体实例，创建新的结构体实例，例如根据已有的 user1 实例来构建 user2： #![allow(unused)] fn main() { let user2 = User { active: user1.active, username: user1.username, email: String::from("[email protected]"), sign_in_count: user1.sign_in_count, }; }老话重提，如果你从 TypeScript 过来，肯定觉得啰嗦爆了：竟然手动把 user1 的三个字段逐个赋值给 user2，好在 Rust 为我们提供了 结构体更新语法： #![allow(unused)] fn main() { let user2 = User { email: String::from("[email protected]"), ..user1 }; }因为 user2 仅仅在 email 上与 user1 不同，因此我们只需要对 email 进行赋值，剩下的通过结构体更新语法 ..user1 即可完成。 .. 语法表明凡是我们没有显式声明的字段，全部从 user1 中自动获取。需要注意的是 ..user1 必须在结构体的尾部使用。 结构体更新语法跟赋值语句 = 非常相像，因此在上面代码中，user1 的部分字段所有权被转移到 user2 中：username 字段发生了所有权转移，作为结果，user1 无法再被使用。 聪明的读者肯定要发问了：明明有三个字段进行了自动赋值，为何只有 username 发生了所有权转移？ 仔细回想一下所有权那一节的内容，我们提到了 Copy 特征：实现了 Copy 特征的类型无需所有权转移，可以直接在赋值时进行 数据拷贝，其中 bool 和 u64 类型就实现了 Copy 特征，因此 active 和 sign_in_count 字段在赋值给 user2 时，仅仅发生了拷贝，而不是所有权转移。 值得注意的是：username 所有权被转移给了 user2，导致了 user1 无法再被使用，但是并不代表 user1 内部的其它字段不能被继续使用，例如： #[derive(Debug)] struct User { active: bool, username: String, email: String, sign_in_count: u64, } fn main() { let user1 = User { email: String::from("[email protected]"), username: String::from("someusername123"), active: true, sign_in_count: 1, }; let user2 = User { active: user1.active, username: user1.username, email: String::from("[email protected]"), sign_in_count: user1.sign_in_count, }; println!("{}", user1.active); // 下面这行会报错 println!("{:?}", user1); } 结构体的内存排列先来看以下代码： #[derive(Debug)] struct File { name: String, data: Vec, } fn main() { let f1 = File { name: String::from("f1.txt"), data: Vec::new(), }; let f1_name = &f1.name; let f1_length = &f1.data.len(); println!("{:?}", f1); println!("{} is {} bytes long", f1_name, f1_length); }上面定义的 File 结构体在内存中的排列如下图所示：
从图中可以清晰地看出 File 结构体两个字段 name 和 data 分别拥有底层两个 [u8] 数组的所有权(String 类型的底层也是 [u8] 数组)，通过 ptr 指针指向底层数组的内存地址，这里你可以把 ptr 指针理解为 Rust 中的引用类型。 该图片也侧面印证了：把结构体中具有所有权的字段转移出去后，将无法再访问该字段，但是可以正常访问其它的字段。 元组结构体(Tuple Struct)结构体必须要有名称，但是结构体的字段可以没有名称，这种结构体长得很像元组，因此被称为元组结构体，例如： #![allow(unused)] fn main() { struct Color(i32, i32, i32); struct Point(i32, i32, i32); let black = Color(0, 0, 0); let origin = Point(0, 0, 0); }元组结构体在你希望有一个整体名称，但是又不关心里面字段的名称时将非常有用。例如上面的 Point 元组结构体，众所周知 3D 点是 (x, y, z) 形式的坐标点，因此我们无需再为内部的字段逐一命名为：x, y, z。 单元结构体(Unit-like Struct)还记得之前讲过的基本没啥用的单元类型吧？单元结构体就跟它很像，没有任何字段和属性，但是好在，它还挺有用。 如果你定义一个类型，但是不关心该类型的内容, 只关心它的行为时，就可以使用 单元结构体： #![allow(unused)] fn main() { struct AlwaysEqual; let subject = AlwaysEqual; // 我们不关心 AlwaysEqual 的字段数据，只关心它的行为，因此将它声明为单元结构体，然后再为它实现某个特征 impl SomeTrait for AlwaysEqual { } } 结构体数据的所有权在之前的 User 结构体的定义中，有一处细节：我们使用了自身拥有所有权的 String 类型而不是基于引用的 &str 字符串切片类型。这是一个有意而为之的选择：因为我们想要这个结构体拥有它所有的数据，而不是从其它地方借用数据。 你也可以让 User 结构体从其它对象借用数据，不过这么做，就需要引入生命周期(lifetimes)这个新概念（也是一个复杂的概念），简而言之，生命周期能确保结构体的作用范围要比它所借用的数据的作用范围要小。 总之，如果你想在结构体中使用一个引用，就必须加上生命周期，否则就会报错： struct User { username: &str, email: &str, sign_in_count: u64, active: bool, } fn main() { let user1 = User { email: "[email protected]", username: "someusername123", active: true, sign_in_count: 1, }; }编译器会抱怨它需要生命周期标识符： error[E0106]: missing lifetime specifier --> src/main.rs:2:15 | 2 | username: &str, | ^ expected named lifetime parameter // 需要一个生命周期 | help: consider introducing a named lifetime parameter // 考虑像下面的代码这样引入一个生命周期 | 1 ~ struct User src/main.rs:3:12 | 3 | email: &str, | ^ expected named lifetime parameter | help: consider introducing a named lifetime parameter | 1 ~ struct User |
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