1. 简介

在 Rust 中，每个值都属于某一个数据类型，用来告诉 Rust 它被指定为何种数据，以便明确数据处理方式。Rust 基本数据类型主要有两类子集：标量（scalar）和复合（compound）。

  • 此文所讲的基本数据类型都是 Rust 原生的数据类型，它们都是创建在「栈」上的数据结构。
  • Rust 标准库还提供了一些更复杂的数据类型，它们有些是创建在「堆」上的数据结构，比如下文提到的 vector 数据类型。

【注】Rust 是静态类型语言，因此在编译时就必须知道所有变量的类型。通常，根据值及其使用方式，Rust 编译器可以推断出我们想要用的类型；当多种类型均有可能时，必须增加类型注解，否则编译会报错。

2. 标量类型

标量（scalar）类型代表一个单独的值。Rust 有四种基本的标量类型：整型、浮点型、布尔类型和字符类型。

2.1 整型

Rust 内建的整数类型如下表所示：

长度 有符号 无符号
8-bit i8 u8
16-bit i16 u16
32-bit i32 u32
64-bit i64 u64
128-bit i128 u128
arch isize usize

其中，arch 长度依赖于运行程序的计算机架构：64 位架构上为 64-bit，32 位架构上为 32-bit。

Rust 中书写数字字面值的形式如下表所示：

数字字面值 举例
Decimal（十进制） 98_222
Hex（十六进制） 0xff
Octal（八进制） 0o77
Binary（二进制） 0b1111_0000
Byte（单字节字符） b'A'

其中，Byte 的书写形式仅限于 u8 类型，R_ 为分隔符以方便读数。

【注】Rust 的默认整型为 i32，它通常是最快的。

整型溢出

  • 在 debug 模式下编译时，Rust 检查这类问题并使程序 panic，即表示程序因错误而退出。
  • 在 release 模式下编译时，Rust 不检测溢出，而是会进行一种被称为二进制补码包装的操作（本质就是忽略溢出的位）。

2.2 浮点型

Rust 有两个原生的浮点数类型：f32 和 f64，默认浮点数类型是 f64。浮点数采用 IEEE-754 标准表示，法2 是单精度浮点数，f64 是双精度浮点数。

【注】在现代 CPU 中，f64 与 f32 速度几乎是一样的。

2.3 布尔类型

Rust 中的布尔类型用 bool 声明。和其他语言类似，它两种取值：true 和 false 。

2.4 字符类型

Rust 中的字符类型用 char 声明，它是 Rust 中最原生的字母类型。char 使用单引号指定，不同于字符串使用双引号指定。

  • Rust 的 char 类型大小为四个字节，代表了一个 Unicode 标量值。
  • 在 Rust 中，拼音字母、中文、日文、韩文等文字字符，甚至 emoji 和零长度的空白符都是有效的 char 值。

3. 复合类型

复合类型（compound）可以将多个值组合成一个类型，Rust 中原生的复合类型有：元组（tuple）、数组（array）、结构体（struct）。

3.1 元组

元组是一个将多个其他类型的值组合进一个复合类型的主要方式。元组长度固定，一旦声明，其长度不能改变。元组的声明语法如下：

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let tup: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);

tup 变量绑定到整个元组上，因为元组是一个单独的复合元素。为了从元组中获取单个值，可以使用模式匹配来「解构」元组值，或者直接使用 . 运算符按索引值（索引值从 0 开始）访问：

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// 解构
let (x, y, z) = tup;
// . 运算符
let x = tup.0;
let y = tup.1;
let z = tup.2;

3.2 数组

另一个包含多个值的方式是数组，与元组不同，数组中的每个元素的类型必须相同。Rust 中的数组是固定长度的，一旦声明，其长度不能改变。数组的声明语法如下：

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// 自动计算长度
let arr = [1, 2, 3, 4, 5];
// 指定类型和长度
let arr: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];
// 创建重复元素数组
let arr = [3; 5];			// 创建包含 5 个元素值均为 3 的数组
  • 数组是一整块分配在栈上的内存，可以使用索引来访问数组的元素：
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let first = arr[0];
let second = arr[1];
  • 如果访问数组时索引溢出，在编译时可以通过，但在运行时会报错 panic 而退出。

【注】Rust 标准库中提供了 vector 集合类型，它可以实现数组长度的动态变化。

3.3 结构体

结构体和元组一样，结构体的每一部分可以是不同类型。但不同于元组，结构体需要命名各部分数据以便能清楚的表明其值的意义。由于有了这些名字，结构体比元组更灵活：不需要依赖顺序来指定或访问实例中的值。

  • 定义结构的基本语法类似如下：
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struct User {
    username: String,
    email: String,
    sign_in_count: u64,
    active: bool,
}
  • 定义了结构体之后，可以通过为每个字段指定具体值来创建这个结构体的实例。
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let user1 = User {
    email: String::from("someone@example.com"),
    username: String::from("someusername123"),
    active: true,
    sign_in_count: 1,
};
  • 为了从结构体中获取某个特定的值，可以使用 . 运算符。
  • 若想改变结构体实例中某个字段的值，则要求整个实例必须是可变的。Rust 并不允许只将某个字段标记为可变。

元组结构体

可以定义与元组类似的结构体，称为「元组结构体」。

  • 元组结构体有着结构体名称提供的含义，但没有具体的字段名，只有字段的类型。定义元组结构体举例如下：
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struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32, i32);

let black = Color(0, 0, 0);
let origin = Point(0, 0, 0);
  • 不同元组结构体的实例是不相同的，不能相互替代，即使结构体中的字段有着相同的类型。
  • 在其他方面，元组结构体实例类似于元组：可以将其解构为单独的部分，也可以使用 . 后跟索引来访问单独的值。

自动引用和解引用

  • 在 C/C++ 语言中，有两个不同的运算符来调用字段：. 直接在对象上调用字段，而 -> 在一个对象的指针上调用字段，这时需要先解引用（dereference）指针。
  • Rust 并没有一个与 -> 等效的运算符；相反，Rust 有一个叫「自动引用和解引用」（automatic referencing and dereferencing）的功能。
    • 当 object 调用字段时，Rust 会自动为 object 添加 &、&mut 或 * 以便使 object 与字段签名匹配。即 object.field 和 (&object).field 等价。
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struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}
fn main() {
    let rect = Rectangle { width: 30, height: 50 };

    println!(
        "width: {}, height: {}",
        rect.width,
        (&rect).height
    );
}

3.4 枚举

枚举（enumerations）允许通过列举可能的成员（variants）来定义一个类型。利用枚举列出可能的 IP 地址类型举例如下：

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enum IpAddrKind {
    V4,
    V6,
}
  • 访问枚举中的成员使用 :: 语法：IpAddrKind::V4 和 IpAddrKind::V6。
  • 每个枚举成员都是定义的枚举类型，即 IpAddrKind::V4 和 IpAddrKind::V6 都是 IpAddrKind 类型。
  • 枚举还能将数据直接和枚举的每一个成员绑定，这样就不需要额外定义结构体来关联枚举成员和对应数据。
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enum IpAddr {
    V4(String),
    V6(String),
}

let home = IpAddr::V4(String::from("127.0.0.1"));
let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1"));
  • 枚举的每一个成员可以处理不同类型和数量的数据。枚举成员甚至可以包含另一个枚举。
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enum IpAddr {
    V4(u8, u8, u8, u8),
    V6(String),
}

let home = IpAddr::V4(127, 0, 0, 1);
let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1"));

Rust 标准库中常用枚举

  1. IpAddr 枚举：用来存储和编码 IP 地址。
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enum IpAddr {
    V4(Ipv4Addr),
    V6(Ipv6Addr),
}
  1. Option 枚举：用来表示一个值要么有值要么没值。
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enum Option<T> {
    Some(T),
    None,
}