定义和实例化结构体

简介

欢迎来到定义和实例化结构体。本实验是《Rust 程序设计语言》的一部分。你可以在 LabEx 中练习 Rust 技能。

在本实验中，我们将学习如何在 Rust 中定义和实例化结构体，结构体可以包含多个相关的值，并且可以有命名的字段，从而更灵活地使用和访问数据。

Skills Graph

定义和实例化结构体

结构体与在“元组类型”中讨论的元组类似，它们都可以包含多个相关的值。和元组一样，结构体的各个部分可以是不同的类型。与元组不同的是，在结构体中，你要为每个数据部分命名，这样就能清楚地知道这些值的含义。添加这些名称意味着结构体比元组更灵活：你不必依赖数据的顺序来指定或访问实例的值。

要定义一个结构体，我们输入关键字struct并为整个结构体命名。结构体的名称应该描述被组合在一起的数据部分的重要性。然后，在花括号内，我们定义数据部分的名称和类型，我们将这些称为字段。例如，清单5-1展示了一个存储用户账户信息的结构体。

文件名：src/main.rs

struct User {
    active: bool,
    username: String,
    email: String,
    sign_in_count: u64,
}

清单5-1：一个User结构体定义

在定义结构体之后要使用它，我们通过为每个字段指定具体的值来创建该结构体的一个实例。我们通过声明结构体的名称，然后添加包含键值对的花括号来创建一个实例，其中键是字段的名称，值是我们想要存储在这些字段中的数据。我们不必按照在结构体中声明字段的相同顺序来指定字段。换句话说，结构体定义就像是该类型的一个通用模板，实例用特定的数据填充该模板以创建该类型的值。例如，我们可以像清单5-2那样声明一个特定的用户。

文件名：src/main.rs

fn main() {
    let user1 = User {
        active: true,
        username: String::from("someusername123"),
        email: String::from("[email protected]"),
        sign_in_count: 1,
    };
}

清单5-2：创建一个User结构体的实例

要从结构体中获取特定的值，我们使用点号表示法。例如，要访问这个用户的电子邮件地址，我们使用user1.email。如果实例是可变的，我们可以通过使用点号表示法并赋值给特定字段来更改值。清单5-3展示了如何更改可变User实例的email字段中的值。

文件名：src/main.rs

fn main() {
    let mut user1 = User {
        active: true,
        username: String::from("someusername123"),
        email: String::from("[email protected]"),
        sign_in_count: 1,
    };

    user1.email = String::from("[email protected]");
}

清单5-3：更改User实例的email字段中的值

请注意，整个实例必须是可变的；Rust不允许我们只将某些字段标记为可变的。与任何表达式一样，我们可以在函数体的最后一个表达式中构造结构体的一个新实例，以隐式返回该新实例。

清单5-4展示了一个build_user函数，它返回一个具有给定电子邮件和用户名的User实例。active字段的值为true，sign_in_count的值为1。

fn build_user(email: String, username: String) -> User {
    User {
        active: true,
        username: username,
        email: email,
        sign_in_count: 1,
    }
}

清单5-4：一个接受电子邮件和用户名并返回User实例的build_user函数

用与结构体字段相同的名称来命名函数参数是有意义的，但是必须重复email和username字段名称及变量有点繁琐。如果结构体有更多字段，重复每个名称会更烦人。幸运的是，有一个方便的简写形式！

使用字段初始化简写形式

因为在清单5-4中参数名称和结构体字段名称完全相同，所以我们可以使用字段初始化简写形式语法来重写build_user函数，使其行为完全相同，但不会重复username和email，如清单5-5所示。

fn build_user(email: String, username: String) -> User {
    User {
        active: true,
        username,
        email,
        sign_in_count: 1,
    }
}

清单5-5：一个使用字段初始化简写形式的build_user函数，因为username和email参数与结构体字段具有相同的名称

在这里，我们正在创建一个User结构体的新实例，它有一个名为email的字段。我们想将email字段的值设置为build_user函数的email参数中的值。因为email字段和email参数具有相同的名称，所以我们只需要写email而不是email: email。

使用结构体更新语法从其他实例创建实例

创建一个结构体的新实例，其中包含另一个实例的大部分值，但有一些更改，这通常很有用。你可以使用结构体更新语法来做到这一点。

首先，在清单5-6中，我们展示了如何在没有更新语法的情况下常规地在user2中创建一个新的User实例。我们为email设置了一个新值，但其他方面使用我们在清单5-2中创建的user1中的相同值。

文件名：src/main.rs

fn main() {
    --snip--

    let user2 = User {
        active: user1.active,
        username: user1.username,
        email: String::from("[email protected]"),
        sign_in_count: user1.sign_in_count,
    };
}

清单5-6：使用user1中的一个值创建一个新的User实例

使用结构体更新语法，我们可以用更少的代码实现相同的效果，如清单5-7所示。语法..指定未明确设置的其余字段应具有与给定实例中的字段相同的值。

文件名：src/main.rs

fn main() {
    --snip--


    let user2 = User {
        email: String::from("[email protected]"),
      ..user1
    };
}

清单5-7：使用结构体更新语法为User实例设置新的email值，但使用user1中的其余值

清单5-7中的代码也在user2中创建了一个实例，该实例的email值不同，但username、active和sign_in_count字段的值与user1中的相同。..user1必须放在最后，以指定任何其余字段应从user1中的相应字段获取其值，但我们可以选择以任何顺序为任意数量的字段指定值，而不管结构体定义中字段的顺序如何。

请注意，结构体更新语法使用=就像赋值一样；这是因为它移动了数据，就像我们在“变量和数据与移动的交互”中看到的那样。在这个例子中，创建user2之后我们就不能再使用user1了，因为user1的username字段中的String被移动到了user2中。如果我们为user2的email和username都赋予了新的String值，因此只使用了user1中的active和sign_in_count值，那么在创建user2之后user1仍然是有效的。active和sign_in_count都是实现了Copy trait的类型，所以我们在“仅栈数据：Copy”中讨论的行为将会适用。

使用没有命名字段的元组结构体来创建不同类型

Rust 还支持一种看起来类似于元组的结构体，称为元组结构体。元组结构体具有结构体名称所赋予的额外含义，但没有与字段相关联的名称；相反，它们只有字段的类型。当你想给整个元组一个名称，并使该元组与其他元组成为不同的类型，并且像在常规结构体中那样为每个字段命名会很冗长或多余时，元组结构体就很有用。

要定义一个元组结构体，以struct关键字开头，接着是结构体名称，然后是元组中的类型。例如，这里我们定义并使用了两个名为Color和Point的元组结构体：

文件名：src/main.rs

struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32, i32);

fn main() {
    let black = Color(0, 0, 0);
    let origin = Point(0, 0, 0);
}

请注意，black和origin值是不同的类型，因为它们是不同元组结构体的实例。你定义的每个结构体都是其自己的类型，即使结构体中的字段可能具有相同的类型。例如，一个接受Color类型参数的函数不能接受Point作为参数，即使这两种类型都由三个i32值组成。否则，元组结构体实例与元组类似，你可以将它们解构为各个部分，并且可以使用点号后跟索引来访问单个值。

没有任何字段的类似单元的结构体

你还可以定义没有任何字段的结构体！这些被称为类似单元的结构体，因为它们的行为类似于我们在“元组类型”中提到的单元类型()。当你需要在某种类型上实现一个trait，但又没有任何想要存储在该类型本身的数据时，类似单元的结构体可能会很有用。我们将在第10章讨论trait。下面是一个声明并实例化一个名为AlwaysEqual的单元结构体的示例：

文件名：src/main.rs

struct AlwaysEqual;

fn main() {
    let subject = AlwaysEqual;
}

要定义AlwaysEqual，我们使用struct关键字、我们想要的名称，然后是一个分号。不需要花括号或圆括号！然后我们可以以类似的方式在subject变量中获取AlwaysEqual的一个实例：使用我们定义的名称，不需要任何花括号或圆括号。想象一下，稍后我们将为这个类型实现行为，使得AlwaysEqual的每个实例总是等于任何其他类型的每个实例，也许是为了在测试时有一个已知的结果。我们不需要任何数据来实现该行为！你将在第10章中看到如何定义trait并在任何类型上实现它们，包括类似单元的结构体。

结构体数据的所有权

在清单5-1中的User结构体定义中，我们使用了拥有所有权的String类型，而不是&str字符串切片类型。这是一个有意的选择，因为我们希望这个结构体的每个实例都拥有其所有数据，并且只要整个结构体有效，该数据就有效。

结构体也可以存储对其他地方拥有的数据的引用，但这样做需要使用生命周期，这是Rust的一个特性，我们将在第10章讨论。生命周期确保结构体引用的数据在结构体存在期间一直有效。假设你尝试在结构体中存储一个引用而不指定生命周期，如下所示，在src/main.rs中：这是行不通的：

struct User {
    active: bool,
    username: &str,
    email: &str,
    sign_in_count: u64,
}

fn main() {
    let user1 = User {
        active: true,
        username: "someusername123",
        email: "[email protected]",
        sign_in_count: 1,
    };
}

编译器会抱怨它需要生命周期说明符：

$ `cargo run`
   Compiling structs v0.1.0 (file:///projects/structs)
error[E0106]: missing lifetime specifier
 --> src/main.rs:3:15
  |
3 |     username: &str,
  |               ^ expected named lifetime parameter
  |
help: consider introducing a named lifetime parameter
  |
1 ~ struct User<'a> {
2 |     active: bool,
3 ~     username: &'a str,
  |

error[E0106]: missing lifetime specifier
 --> src/main.rs:4:12
  |
4 |     email: &str,
  |            ^ expected named lifetime parameter
  |
help: consider introducing a named lifetime parameter
  |
1 ~ struct User<'a> {
2 |     active: bool,
3 |     username: &str,
4 ~     email: &'a str,
  |

在第10章中，我们将讨论如何修复这些错误，以便你可以在结构体中存储引用，但目前，我们将使用像String这样的拥有所有权的类型而不是像&str这样的引用来修复这些错误。

总结

恭喜你！你已经完成了“定义和实例化结构体”实验。你可以在LabEx中练习更多实验来提升你的技能。