Hello, Rust!

久违的学习笔记系列！！

天天复习考研，吐了。划一天水放松一下吧，学学 Rust。

安装 Rust

以 *nix系统为例，用 rustup：

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

安装检查：

cargo --version

（cargo 是构建、包管理的工具，Rust 的编译器是 rustc）

更新：

rustup update

Hello World

可以只写一个文件，也可以做成一个项目。

单一源文件

新建一个 hello.rs：

fn main() {
    println!("Hello, world!");
}

编译、运行：

$ rustc hello.rs
$ ./hello

在我的电脑上（Intel macBook Pro 2017，macOS 11.4）编译出来的二进制文件（./hello）有 408K。同样功能的 C 程序只有 48K，Swift 为 49K，而 Go 程序要 1.2M 。

Cargo 项目

新建项目：

cargo new hello-rust

hello-rust
|- Cargo.toml  # Rust 的清单文件: 包含项目的元数据和依赖库
|- src
  |- main.rs   # 写代码的地方

（它甚至给 git init 了，还写了 .gitignore）

main.rs 里面已经写好了一个 hello world：

fn main() {
    println!("Hello, world!");
}

运行：

cargo run

注释

// 单行注释

/* 注释块 */

文档注释：

/// 文档注释
fn hello() { ... }

用 rustdoc hello.rs 来编译文档，结果是个网站，放在 ./doc 里。随便开个服务就可以看了：

python3 -m http.server -d doc

格式化输出

由 std 里的一堆宏实现格式化输出（这些 ! 就说明是宏）：

• 格式化字符串：format!
• 标准输出：print!， println!
• 标准错误：eprint!，eprintln!

这些东西的语法和 C 的 printf 类似，都是 format!("a string literal", ...)，具体的用法见 https://doc.rust-lang.org/std/fmt/index.html。下面只简要介绍：

format! 是返回格式化后的字符串， 而四种 print 就是把 format! 的结果写到 io::stdout 或 io::stderr。

在格式字符串字面值常量中用 {name_or_index:formatting} 来指定替换内容。

替换也就要把一个特定类型的对象格式化（toString）。格式化一个对象的方式在 Rust 中叫做 traits。Rust 有好几个不同的 traits，所以同一个数据可以有好几种显示的方式，例如一个数字可以写成二进制、十进制、十六进制等等。每个 traits 对应有一种 {:口} （口 是某种字符）。

最常用的两种 traits 是 Display 和 Debug，二者在格式字符串中分别写作 {} （也就是{:口} 的 口 为空的情形） 和 {:?} 。二者分别和 Go 语言 fmt 包的 %v 和 %#v 类似。

// `{}` 是 `fmt::Display`，用来显示任意内容，优雅格式
println!("Hello, {}, {}, {}", 233, 1.2, "world");
// Hello, 233, 1.2, world

// `{:?}` 叫做 `fmt::Debug` 用来输出调试风格的文本
println!("Hello, {:?}, {:?}, {:?}", 233, 1.2, "world");
// Hello, 233, 1.2, "world"

{:} 的冒号前面可以给替换字符串命名，或者指定位置：

println!("Hello, {name} with number {a}!", name="foo", a="666");
// Hello, foo with number 666!

println!("Hello, {0} with number {1} + {1}!", "foo", a="666");
// Hello, foo with number 666 + 666!

{:} 的冒号后面是格式：

println!("dec: {0}, bin: {0:b}, hex: {0:X}", 66);
// dec: 66, bin: 1000010, hex: 42

具体格式的写法参考 https://doc.rust-lang.org/std/fmt/ 。大概的写法为 FA+#?0W.PT：

• F 是填充用的字符
• A 是 < 或 ^ 或 >，对齐的方向（不满用 F 填充）
• +：正数显示加号
• #? ：pretty-print 的 Debug
  • #b，#o，#x：显示二、八、十六进制的前缀
• 0 数字前面补零至宽度
• W 宽度
• .P 小数位数
  • .N$：用参数 N 做精度（就是 format!("{}", ...) 的 ...，从 0 开始）
    • 如果是整数，{:N$} ，就是那参数 N 作宽度。
  • .*：读两个二个参数，后一个参数是要格式化的小数，以前一个参数为精度，format!("{:.*}", 5, 0.01) 结果为 0.01000
• T 是显示的方式，即 traits（可以让自定义类型自己定制各种显示效果）：
  • nothing ⇒
  • ? ⇒
    • x? ⇒ with lower-case hexadecimal integers （对应 X? 是大写的十六进制）
  • o ⇒
  • x ⇒
  • X ⇒
  • p ⇒
  • b ⇒
  • e ⇒
  • E ⇒

println!("{:_<9} {:09} {:`^9} {:9.6} {:09.6} {:)>9} {:#?}", "left", 123, "center", 3.14, 3.14, "right", 2.17e5);

// left_____ 000000123 `center``  3.140000 03.140000 ))))right 217000.0

所有的类型，若想用 std::fmt 的格式化打印，都要求实现至少一个可打印的 traits。 自动的实现只为一些类型提供，比如 std 库中的类型。所有其他类型 都必须手动实现。下面介绍如何输出自定义类型：

Debug

fmt::Debug ，就是 {:?}， 比较容易实现，一般直接用推导（derive）来自动创建：

// 一个自定义的结构体
#[derive(Debug)]  // 加了这个才能打印
struct Point2D {
    x: f64,
    y: f64,
}

fn main() {
    let p = Point2D { x:66.0, y:77.0 };

    println!("{:?}", peter);
    // Point2D { x: 66.0, y: 77.0 }

    println!("{:#?}", peter);  // 更好看一点
    // Point2D {
    //     x: 66.0,
    //     y: 77.0,
    // }
}

Display

fmt::Display ，就是 {}， 须手动实现。

use std::fmt;

#[derive(Debug)]
struct Complex {
    real: f64,
    imag: f64,
}

impl fmt::Display for Complex {
    // `f` 是个 buffer，此方法必须将格式化后的字符串写入其中
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        // `write!` 和 `format!` 类似，但是将格式化后的字符串写入 buffer
        write!(f, "{} + {}i", self.real, self.imag)
    }
}

fn main() {
    println!("Display: {0}\nDebug: {0:?}", Complex{ real: 3.3, imag: 7.2});
    // Display: 3.3 + 7.2i
    // Debug: Complex { real: 3.3, imag: 7.2 }
}

注意上面这个例子中 write!(...) 后面不加 ;。这个语法是 return write!(...); 的简写，以最后的表达式作为函数返回值。如果不写 return 又加了 ; 就变成返回空 () 了。

用类似的方法，还可以实现其他的 traits，比如：，， ， ，，， 。

错误处理

对于一个集合，要 fmt 输出的话，需要迭代写每个值：

use std::fmt; // 导入 `fmt` 模块。

// 定义一个包含单个 `Vec` 的结构体 `List`。
struct List(Vec<i32>);

impl fmt::Display for List {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        // 使用元组的下标获取值，并创建一个 `vec` 的引用。
        let vec = &self.0;

        write!(f, "[")?;

        // 使用 `v` 对 `vec` 进行迭代，并用 `count` 记录迭代次数。
        for (count, v) in vec.iter().enumerate() {
            // 对每个元素（第一个元素除外）加上逗号。
            // 使用 `?` 或 `try!` 来返回错误。
            if count != 0 { write!(f, ", ")?; }
            write!(f, "{}", v)?;
        }

        // 加上配对中括号，并返回一个 fmt::Result 值。
        write!(f, "]")
    }
}

fn main() {
    let v = List(vec![1, 2, 3]);
    println!("{}", v);
}

这里就需要多次调用 write!，write! 是可能返回错误的哦。一旦错误了就不该继续写了，所以在调用末尾用了 ? 语法：

write!(f, "{}", value)?;
// 等同于：
try!(write!(f, "{}", value));

这个语法是尝试 write! ，若发生错误，则直接返回相应的错误，结束函数；否则继续执行后面的语句。也就是类似于 Go 中的：

_, err := DoSomething()
if err != nil {
    return err
}

如果不加这个 ? 默认会编译时 warning，提醒你可能没处理错误。

格式化

再看一个例子：

use std::fmt::{self, Formatter, Display};

#[derive(Debug)]
struct Color {
    red: u8,
    green: u8,
    blue: u8,
}

impl Display for Color {
    fn fmt(&self, f: &mut Formatter) -> fmt::Result {
        write!(f, "RGB({R}, {G}, {B}) {R:#02X}{G:02X}{B:02X}", 
            R=self.red, G=self.green, B=self.blue)
    }
}

fn main() {
    for color in [
        Color { red: 128, green: 255, blue: 90 },
        Color { red: 0, green: 3, blue: 254 },
        Color { red: 0, green: 0, blue: 0 },
    ].iter() {
        println!("{}", *color)
    }
}

输出：

RGB(128, 255, 90) 0x80FF5A
RGB(0, 3, 254) 0x003FE
RGB(0, 0, 0) 0x00000