【rCore OS 开源操作系统】Rust 语法详解: Strings
前言
这次涉及到的题目相对来说比较有深度，涉及到 Rust 新手们容易困惑的点。
这一次在直接开始做题之前，先来学习下字符串相关的知识。
Rust 的字符串
Rust中"字符串"这个概念涉及多种类型 ，这里介绍题目中涉及到的两种的字符串类型：&str（字符串切片，slice ）和String（可变字符串）。
String 可变字符串
存储在堆中，并且是可变的------是和其他大部分主流编程语言类似的概念。
示例：
rust
let mut s: String = String::from("hello");
s.push_str(", world"); // "hello, world"，是的这里就是可变的&str 字符串切片
那么，什么是切片呢?
既然 String 被我们称为可变字符串，这里也就暗示字符串切片是不可变的 （immutable）。
同时，它是存储在栈中的。
来看看如何产生字符串切片：
rust
// 字面量是一种切片
let s1 = "Hello, World";
// 完整的写法其实是 let s1: &str = "Hello, World";
// 也可以从可变字符串中切割
let string:String = String::from("wow，amazing");
let s2 = string[0..3]; // 左开右闭，正好就是 "wow"可以从切片中得到可变字符串：
rust
let string1 = String::from("hello");
let string2 = "hello".to_string();这里也不很啰嗦，很直观地就认识了两种字符串在形式上的区别。
那再来看看本质。
所有权、引用与借用
要搞懂字符串的本质，还得回到所有权、引用和借用三个概念上。
所有权
这里是一段官话：
所有权是 Rust 中的核心概念之一，它决定了数据的生命周期和内存管理方式。每个值在 Rust 中都有一个拥有它的变量，称为"所有者"。
所有权有三个特性：
- 唯一所有者：一个值在同一时间内只能有一个所有者。
- 所有权转移：当把一个所有者的值传递给另一个变量时，所有权会被转移。
- 自动释放内存：当一个值的所有者离开作用域时，该值所占用的内存会被自动释放
第一次看估计不太理解，但是没关系，直接来对照代码再看一次：
这里就当作是一个代码拟人小故事来看
rust
// 现在变量 s 是 String::from("hello") 的所有者
let s = String::from("hello");
// 直接赋值，现在 String::from("hello") 到了 t 的手中，t 是新的所有者，而 s 不再是了，s 会被释放掉！
// 这里就体现了三个特性，"唯一所有者"，"所有权转移"和"自动释放内存"。
let t = s;
// 这里会编译失败，因为 s 已经不再有效
println!("{}", s); // 报错所有权的作用是什么？
这个问题有有更广而全面的回答，此处只简单说明最核心的一点
内存安全 ，所有权机制的存在避免了许多常见的内存错误，如悬空引用 、双重释放等问题------因为一个引用永远都是有值的，并且同一时刻只有一个指针能够操作值，而且在值指针失效时会自动销毁。
引用和借用
Rust 中的引用是（直接）基于指针实现的，可以看作是别名。
而 JavaScript 等语言并不是直接基于指针实现的，而是依靠对象的引用实现的。
当然了，对象的引用的本质其实也还是可以基于指针------所以这里提到了"直接"一词。
基于指针是什么意思呢？
对于 String 类型，它的定义差不多是这样：
rust
struct MyString {
ptr: *const u8, // 一个指针
len: usize, // 字符串长度, 是当前字符串中字符的数量
cap: usize, // 字符串的最大容量，指最多可以容纳多少长度
}那别名是什么意思呢？
这里我们也拟人地来解释下：
rust
// a 和 b 是两个人，只是名字相同。
let a = 1;
let b = 1;
// s 和 r 是同一个人，只是有两个名字
let mut s = String::from("hello");
let r = &s; // r 是 s 的引用当然，这里的写法中， r 是不可以去修改值的。
如果需要修改，那么要这样写：
rust
let r = &mut s; // r 是 s 的引用那什么是借用呢？
这里的官话就是：
借用是值，允许使用一个变量的值，而不改变所有权。
其实，借用就是 Rust 的引用的一个特性。
来看下述代码（魔改自《Rust 高级程序设计》)：
rust
fn main() {
let s1 = String::from("hello");
// 传入一个 s1 的引用，不会改变所有权。
// 而 s1 的所有权没有转移，就意味着 s1 不会被销毁，在后面可以接着用。
let len = calculate_length(&s1);
// 使用 s1 不报错呢
println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);
}
fn calculate_length(s: &String) -> usize {
s.len()
}练习题
Strings1
题目
rust
// strings1.rs
//
// Make me compile without changing the function signature!
//
// Execute `rustlings hint strings1` or use the `hint` watch subcommand for a
// hint.
// I AM NOT DONE
fn main() {
let answer = current_favorite_color();
println!("My current favorite color is {}", answer);
}
fn current_favorite_color() -> String {
"blue"
}题解
有了上面的解释后，这里做起来就简单一些了。
这里的考点也就是区分可变字符串 String 和字符串切片 &str：
rust
// strings1.rs
//
// Make me compile without changing the function signature!
//
// Execute `rustlings hint strings1` or use the `hint` watch subcommand for a
// hint.
fn main() {
let answer = current_favorite_color();
println!("My current favorite color is {}", answer);
}
fn current_favorite_color() -> String {
// 两种写法都可以
// "blue".to_string()
String::from("blue")
}Strings2
题目
rust
// strings2.rs
//
// Make me compile without changing the function signature!
//
// Execute `rustlings hint strings2` or use the `hint` watch subcommand for a
// hint.
fn main() {
let word = String::from("green"); // Try not changing this line :)
if is_a_color_word(&word) {
println!("That is a color word I know!");
} else {
println!("That is not a color word I know.");
}
}
fn is_a_color_word(attempt: &String) -> bool {
attempt == "green" || attempt == "blue" || attempt == "red"
}题解
在上文的字符串的知识点梳理中，其实已经给出了类似的代码了。
rust
// strings2.rs
//
// Make me compile without changing the function signature!
//
// Execute `rustlings hint strings2` or use the `hint` watch subcommand for a
// hint.
fn main() {
let word = String::from("green"); // Try not changing this line :)
if is_a_color_word(&word) {
println!("That is a color word I know!");
} else {
println!("That is not a color word I know.");
}
}
fn is_a_color_word(attempt: &String) -> bool {
attempt == "green" || attempt == "blue" || attempt == "red"
}Strings3
题目
rust
// strings3.rs
//
// Execute `rustlings hint strings3` or use the `hint` watch subcommand for a
// hint.
// I AM NOT DONE
fn trim_me(input: &str) -> String {
// TODO: Remove whitespace from both ends of a string!
???
}
fn compose_me(input: &str) -> String {
// TODO: Add " world!" to the string! There's multiple ways to do this!
???
}
fn replace_me(input: &str) -> String {
// TODO: Replace "cars" in the string with "balloons"!
???
}
#[cfg(test)]
mod tests {
use super::*;
#[test]
fn trim_a_string() {
assert_eq!(trim_me("Hello! "), "Hello!");
assert_eq!(trim_me(" What's up!"), "What's up!");
assert_eq!(trim_me(" Hola! "), "Hola!");
}
#[test]
fn compose_a_string() {
assert_eq!(compose_me("Hello"), "Hello world!");
assert_eq!(compose_me("Goodbye"), "Goodbye world!");
}
#[test]
fn replace_a_string() {
assert_eq!(replace_me("I think cars are cool"), "I think balloons are cool");
assert_eq!(replace_me("I love to look at cars"), "I love to look at balloons");
}
}题解
这个题目还是有点难度，考察 Rust 常用的字符串操作 API。
这里我根据题目的提示查阅了官方文档：
然后还要注意，有的方法挂在是字符串切片，有的则挂在可变字符串上。
所以在操作它们的时候，还得先转化。
rust
// strings3.rs
//
// Execute `rustlings hint strings3` or use the `hint` watch subcommand for a
// hint.
fn trim_me(input: &str) -> String {
let string = input.to_string();
string.trim().to_string()
}
fn compose_me(input: &str) -> String {
let mut string = input.to_string();
// 这里有个坑点是，push_str 改变的是在原来的值上进行修改，而返回值是一个空的元组
string.push_str(" world!");
string
// 还有一种比较奇技淫巧：
// format!("{} world!", input)
}
fn replace_me(input: &str) -> String {
let str = input.replace("cars", "balloons");
str.to_string()
}
#[cfg(test)]
mod tests {
use super::*;
#[test]
fn trim_a_string() {
assert_eq!(trim_me("Hello! "), "Hello!");
assert_eq!(trim_me(" What's up!"), "What's up!");
assert_eq!(trim_me(" Hola! "), "Hola!");
}
#[test]
fn compose_a_string() {
assert_eq!(compose_me("Hello"), "Hello world!");
assert_eq!(compose_me("Goodbye"), "Goodbye world!");
}
#[test]
fn replace_a_string() {
assert_eq!(
replace_me("I think cars are cool"),
"I think balloons are cool"
);
assert_eq!(
replace_me("I love to look at cars"),
"I love to look at balloons"
);
}
}