Rust模式探索：写出更优雅的Rust代码

草帽lufei

发布于 2024-05-08 15:24:17

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发布于 2024-05-08 15:24:17

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模式定义

在Rust中，模式匹配是一种强大的编程工具，它允许你根据数据的结构来选择不同的执行路径。模式可以用在 match 表达式、if let 表达式、while let 表达式、函数参数、let 语句等地方

一个示例

来看个上一篇文章 Rust 枚举简单入门中例子

enum Color {
    Red,
    Orange,
    Yellow
}

let c1 = Color::Red;

match c1 {
    Color::Red => println!("Red"),
    Color::Orange => println!("Orange"),
    Color::Yellow => println!("Yellow")
}

match 会执行模式匹配，在此示例中，模式就是出现在 => 符号前面的部分，模式匹配可以和枚举协同工作，甚至可以测试它们包含的数据

模式类型

上面的例子是匹配枚举值的模式。模式的类型不止于此，Rust 模式还有它们自己的小型语言，如下表

模式类型	例子	注意事项
字面量	100 "name"	匹配一个确切的值；也允许匹配常量名称
范围	0 ..= 100 'a' ..= 'k' 256..	匹配范围内的任何值，包括可能给定的结束值
通配符	_	匹配任何值并忽略它
变量	name mut count	类似于 _，但会把值移动或复制到新的局部变量中
引用变量	ref field ref mut field	借用对匹配值的引用，而不是移动或复制它
与子模式绑定	val @ 0 ..= 99 ref circle @ Shape::Circle { .. }	使用 @ 左边的变量名，匹配其右边的模式
枚举型模式	Some(value) None Pet::Orca
元组型模式	(key, value) (r, g, b)
数组型模式	[a, b, c, d, e, f, g] [heading, carom, correction]
切片型模式	[first, second] [first, _, third] [first, .., nth] [ ]
结构体型模式	Color(r, g, b) Point { x, y } Card { suit: Clubs, rank: n } Account { id, name, .. }
引用	&value &(k, v)	仅匹配引用值
或多个模式	'a' 竖线 'A' Some("left" 竖线 "right")
守卫表达式	x if x * x <= r2	只用在 match 表达式中（不能用在 let 语句等处）

注意！由于当前页面的 Markdown 格式转换问题，竖线 | 会导致排版异常，因此上面表格使用中文 竖线 代替 |

字面量、变量、通配符

字面量可以是整数、浮点数、字符、字符串、布尔值等。下面是整数字面量的一个例子

let x = 5;

match x {
    1 => println!("one"),
    2 => println!("two"),
    3 => println!("three"),
    _ => println!("something else"),
}

用单个下划线 _ 作为模式，这就是通配符模式，这里的通配符模式能匹配任意值，但不会将其存储到任何地方

即使你非常确定其他情况不会发生，也必须至少添加一个后备分支，也许是 panic 的分支

let s = "hello";

match s {
    "hello" => println!("found hello"),
    other => println!("no match"),
}

这里面的 other 是一个变量名，它可以匹配任何值，匹配的值会移动或复制到一个新的局部变量中，这些模式类似 switch 语句中的 default 分支，用于匹配与任何其他模式都无法匹配的值

元组型和结构体型

元组模式是一种模式，用于匹配元组的结构。元组模式由一对圆括号和一组模式组成，模式之间用逗号分隔

let x = (1, 2, 3);

match x {
    (1, 2, 3) => println!("one, two, three"),
    (a, b, c) => println!("({}, {}, {})", a, b, c),
}

结构体模式用于匹配结构体的结构。结构体模式由结构体的名称和一组模式组成，模式之间用逗号分隔

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

let p = Point { x: 0, y: 7 };

match p {
    Point { x, y: 0 } => println!("x is {}, y is on the x axis", x),
    Point { x: 0, y } => println!("x is on the y axis, y is {}", y),
    Point { x, y } => println!("x is {}, y is {}", x, y),
}

当想要匹配一个大型结构体的一部分字段，而不是全部字段时，可以使用 .. 来表示剩余的字段。这被称为结构体模式的 .. 简写

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
    z: i32,
    // ... 其他字段
}

let p = Point { x: 0, y: 7, z: 0 };

match p {
    Point { x, .. } => println!("x is {}", x),
}

match 表达式只关心 p 的 x 字段，而不关心 y 和 z 字段。.. 表示剩余的字段，所以Point { x, .. }匹配任何 Point 结构体，只要它的 x 字段匹配

数组型和切片型

数组型模式匹配数组。数组型模式通常用于过滤一些特殊情况的值，并且在处理那些不同位置的值具有不同含义的数组时也非常有用

let arr = [1, 2, 3];

match arr {
    [1, 2, 3] => println!("found 1, 2, 3"),
    _ => println!("no match"),
}

注意！ 数组模式只能用于固定大小的数组，不能用于动态大小的数组（也就是切片）。如果你想要匹配一个切片的结构，你应该使用切片模式

切片型模式与数组型相似，但与数组不同，切片具有可变长度，因此切片型模式不仅匹配值，还匹配长度。.. 在切片型模式中能匹配任意数量的元素

let arr = ["a"];

match &arr[..] {
    [] => println!("no body"),
    [a] => println!("a"),
    [a, b] => println!("a, b"),
    _ => println!("no match"),
}

引用型模式

引用型模式（Reference Patterns）允许你通过引用来匹配和解构数据，而不是通过值。这种模式在处理借用的数据时特别有用，因为它允许你在不获取所有权的情况下访问数据的部分或全部内容

基本用法

引用型模式通常与&符号一起使用，表示你正在匹配一个引用。当你想要在模式匹配中解构一个引用指向的值时，这非常有用，下面是个简单的例子

let reference = &10;

match reference {
    &val => println!("val: {:?}", val)
}

reference是一个指向10的引用。在match表达式中，模式&val用于解构reference，允许直接访问它指向的值10

解构数据

引用型模式在解构复杂数据结构时尤其有用，比如元组或结构体

let tuple = &(1, 2, 3);

match tuple {
    &(x, y, z) => println!("Matched: {}, {}, {}", x, y, z),
}

使用ref关键字

ref关键字用于创建一个引用指向模式匹配中的值，而不是通过值绑定

let value = 5;
let ref reference = value;

match reference {
    &val => println!("val: {:?}", val),
}

ref和mut结合使用

ref mut可以用来匹配可变引用，并允许修改通过引用访问的数据


let mut value = 5;

match value {
    ref mut r => {
        *r += 10;
        println!("value: {}", r);
    }
}

注意！

使用ref mut时，必须确保被引用的数据本身是可变的
修改通过ref mut创建的引用所指向的数据时，需要使用解引用操作符*
在模式匹配中使用ref和ref mut可以让你更灵活地处理数据，特别是在需要引用而不是所有权的场景中

匹配守卫

匹配守卫（match guards）是一种与模式匹配结合使用的条件表达式，它提供了额外的条件来决定是否应该选择某个分支。这使得模式匹配更加灵活，允许在模式本身无法表达的复杂情况下进行精细的控制

匹配守卫紧跟在模式之后，使用if关键字引入，如下例子

let tuple = (5, 12);

match tuple {
    (5, y) if y > 10 => println!("第一个元素是5，且第二个元素大于10，y = {}", y),
    _ => println!("不匹配"),
}

在循环中使用匹配守卫

let numbers = vec![Some(10), Some(11), Some(20), Some(30)];

for option in numbers.iter() {
    match option {
        Some(x) if *x > 10 => println!("大于10的数字为：{}", x),
        _ => (),
    }
}

匹配多种可能性

模式匹配（Pattern Matching）是一种强大的控制流工具，它不仅可以匹配单一的值，还可以同时匹配多种可能性。这通过使用|运算符来实现，|在这里表示“或”（or），允许在同一个match分支中指定多个模式

let pair = (2, 3);
match pair {
    (x, y) if x == y => println!("数字一样"),
    (x, 0) | (0, x) => println!("x: {}", x),
    _ => println!("没有匹配")
}

使用@模式绑定

@模式绑定的基本语法是在模式中使用@后跟一个变量名，这样可以在模式匹配成功时，将匹配到的值绑定到这个变量

enum Message {
    Move { x: i32, y: i32 },
    ChangeColor(i32, i32, i32)
}

let move_message = Message::Move { x: 3, y: 104 };

match  move_message {
    Message::Move { x: x_pos @ 0..=100, y: y_pos @ 101..=200 } => {
        println!("移出（{}, {}）", x_pos, y_pos)
    },
    _ => println!("other")
}

模式能用在哪里

尽管模式在 match 表达式中作用最为突出，但它们也可以出现在其他一些地方，通常用于代替标识符。但无论出现在哪里，其含义都是一样的：Rust 不是要将值存储到单个变量中，而是使用模式匹配来拆分值

// 把结构体解包成3个局部变量……
let Track { album, track_number, title, .. } = song;

// ……解包某个作为函数参数传入的元组
fn distance_to((x, y): (f64, f64)) -> f64 { ... }

// ……迭代某个HashMap上的键和值
for (id, document) in &cache_map {
    println!("Document #{}: {}", id, document.title);
}

上述示例中的每一个都节省了两三行样板代码。同样的概念也存在于其他一些语言中：JavaScript 中叫作解构，而 Python 中叫作解包

看到这里，有没有越看越顺的感觉？😁