Rust常见集合

迄今为止，我们前面遇到的数据类型基本都是栈上存储的。Rust 标准库中包含一系列被称为 集合 （collections）的非常有用的数据结构。这些集合指向的数据是储存在堆上的，这意味着数据的数量不必在编译时就已知，并且还可以随着程序的运行增长或缩小。本篇我们将了解三个在 Rust 程序中被广泛使用的集合：

• vector 允许我们一个挨着一个地储存一系列数量可变的值
• 字符串 （string ）是字符的集合。我们之前见过 String 类型，不过在本章我们将深入了解。
• 哈希 map （hash map ）允许我们将值与一个特定的键（key）相关联。这是一个叫做 map 的更通用的数据结构的特定实现。

vector

我们要讲到的第一个类型是 Vec<T>，也被称为 vector。vector 允许我们在一个单独的数据结构中储存多于一个的值，它在内存中彼此相邻地排列所有的值。vector 只能储存相同类型的值。

vector的创建

新建一个空的vector：

let v: Vec<i32> = Vec::new();

为了方便 Rust 提供了 vec! 宏，这个宏会根据我们提供的字面值来创建一个新的 vector。

let v = vec![1, 2, 3];

增加元素

向vector增加元素：

fn main() {
    let mut v = Vec::new();

    v.push(5);
    v.push(6);
    v.push(7);
    v.push(8);
}

访问元素

通过索引或使用 get 方法读取vector里的元素：

fn main() {
    let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];

    let third: &i32 = &v[2];
    println!("The third element is {third}");

    let third: Option<&i32> = v.get(2);
    match third {
        Some(third) => println!("The third element is {third}"),
        None => println!("There is no third element."),
    }
}

两者区别是使用不合法的索引值会让索引方式的代码发生panic，而get方法因为是返回一个Option<&T>，所以只是返回一个None。

遍历元素

使用for in遍历vector：

fn main() {
    let v = vec![100, 32, 57];
    for i in &v {
        println!("{i}");
    }
}

或者在遍历可变vector时进行修改：

fn main() {
    let mut v = vec![100, 32, 57];
    for i in &mut v {
        *i += 50;
    }
}

使用枚举存储不同类型的数据

由于vector只能存储同类型的数据，对于不同类型的数据，可以将它们跟枚举值进行关联，这样vector就能存储这些枚举值。

元素的生命周期

丢弃vector的时候，也会丢弃其中的元素。

string

很多 Vec 可用的操作在 String 中同样可用，事实上 String 被实现为一个带有一些额外保证、限制和功能的字节 vector 的封装。

创建字符串

新建一个空字符串：

let mut s = String::new();

使用 to_string 方法从任何实现了 Display trait 的类型，比如字符串字面值，创建字符串：

fn main() {
    let data = "initial contents";

    let s = data.to_string();

    // 该方法也可直接用于字符串字面值：
    let s = "initial contents".to_string();
}

从字符串字面值创建：

let s = String::from("initial contents");

字符串或者字符的附加

可以通过 push_str 方法来附加字符串 slice，从而使 String 变长：

fn main() {
    let mut s = String::from("foo");
    s.push_str("bar");
}

通过push 方法来附加一个单独的字符到string后面：

fn main() {
    let mut s = String::from("lo");
    s.push('l');
}

使用+来拼接字符串，需要注意这里使用的是引用：

fn main() {
    let s1 = String::from("tic");
    let s2 = String::from("tac");
    let s3 = String::from("toe");

    let s = s1 + "-" + &s2 + "-" + &s3;
}

使用 format! 宏格式化拼接字符串：

fn main() {
    let s1 = String::from("tic");
    let s2 = String::from("tac");
    let s3 = String::from("toe");

    let s = format!("{s1}-{s2}-{s3}");
}

不支持索引

Rust 的字符串不支持索引。使用下标索引字符串可能发生错误。

创建字符串slice

索引字符串通常是一个坏点子，因为字符串索引应该返回的类型是不明确的：字节值、字符、字形簇或者字符串 slice。因此，如果你真的希望使用索引创建字符串 slice 时，Rust 会要求你更明确一些。为了更明确索引并表明你需要一个字符串 slice，相比使用 [] 和单个值的索引，可以使用 [] 和一个 range 来创建含特定字节的字符串 slice：

#![allow(unused)]
fn main() {
let hello = "Здравствуйте";

let s = &hello[0..4];
}

里，s 会是一个 &str，它包含字符串的头四个字节。早些时候，我们提到了这些字母都是两个字节长的，所以这意味着 s 将会是 "Зд"。而当你访问到了非字符边界，你就会得到一个panic。

遍历字符串

使用 chars 方法遍历字符串的每个char：

#![allow(unused)]
fn main() {
for c in "Зд".chars() {
    println!("{c}");
}
}

bytes 方法返回每一个原始字节：

#![allow(unused)]
fn main() {
for b in "Зд".bytes() {
    println!("{b}");
}
}

HashMap

HashMap<K, V> 类型储存了一个键类型 K 对应一个值类型 V 的映射。它通过一个 哈希函数 （hashing function）来实现映射，决定如何将键和值放入内存中。很多编程语言支持这种数据结构，不过通常有不同的名字：哈希、map、对象、哈希表或者关联数组。

创建HashMap

可以使用 new 创建一个空的 HashMap，并使用 insert 增加元素：

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut scores = HashMap::new();

    scores.insert(String::from("Blue"), 10);
    scores.insert(String::from("Yellow"), 50);
}

访问值

可以通过 get 方法并提供对应的键来从哈希 map 中获取值：

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut scores = HashMap::new();

    scores.insert(String::from("Blue"), 10);
    scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

    let team_name = String::from("Blue");
    let score = scores.get(&team_name).copied().unwrap_or(0);
}

get 方法返回 Option<&V>，如果某个键在哈希 map 中没有对应的值，get 会返回 None。程序中通过调用 copied 方法来获取一个 Option<i32> 而不是 Option<&i32>，接着调用 unwrap_or 在 score 中没有该键所对应的项时将其设置为零。

遍历HashMap

可以使用与 vector 类似的方式来遍历哈希 map 中的每一个键值对，也就是 for 循环：

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut scores = HashMap::new();

    scores.insert(String::from("Blue"), 10);
    scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

    for (key, value) in &scores {
        println!("{key}: {value}");
    }
}

HashMap和所有权

对于像 i32 这样的实现了 Copy trait 的类型，其值可以拷贝进哈希 map。对于像 String 这样拥有所有权的值，其值将被移动而哈希 map 会成为这些值的所有者：

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let field_name = String::from("Favorite color");
    let field_value = String::from("Blue");

    let mut map = HashMap::new();
    map.insert(field_name, field_value);
    // 这里 field_name 和 field_value 不再有效，
    // 尝试使用它们看看会出现什么编译错误！
}

当 insert 调用将 field_name 和 field_value 移动到哈希 map 中后，将不能使用这两个绑定。

如果将值的引用插入哈希 map，这些值本身将不会被移动进哈希 map。但是这些引用指向的值必须至少在哈希 map 有效时也是有效的。

更新值

insert不仅可以插入一个键值对，还可以更新键值对。

map 有一个特有的 API，叫做 entry，它获取键对应的Entry。Entry代表了可能存在也可能不存在的值。Entry 的 or_insert 方法在键对应的值存在时就返回这个值的可变引用，如果不存在则将参数作为新值插入并返回新值的可变引用：

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut scores = HashMap::new();
    scores.insert(String::from("Blue"), 10);

    scores.entry(String::from("Yellow")).or_insert(50);
    scores.entry(String::from("Blue")).or_insert(50);

    println!("{:?}", scores);
}

or_insert 方法返回这个键的值的一个可变引用（&mut V）。这里我们将这个可变引用储存在 count 变量中，所以为了赋值必须首先使用星号（*）解引用 count：

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let text = "hello world wonderful world";

    let mut map = HashMap::new();

    for word in text.split_whitespace() {
        let count = map.entry(word).or_insert(0);
        *count += 1;
    }

    println!("{:?}", map);
}

参考：

常见集合 - Rust 程序设计语言 简体中文版