Rust中元组详解

元组（Tuple） 是一种轻量级、固定长度的异构数据聚合类型，用于将多个不同类型的值组合成一个单一实体。是 Rust 中最常用的 "临时数据容器" 之一：

• 固定长度：创建后无法增减元素，长度是类型的一部分（例如 (i32, &str) 和 (i32, &str, bool) 是完全不同的类型）；
• 异构类型：元素可以是任意类型（如整数、字符串、结构体、甚至其他元组）；
• 值语义：元组是值类型，会被直接放在 栈上；其Copy语义完全取决于内部元素：
  • 所有元素都实现 Copy，元组自动是 Copy，可拷贝；
  • 任意元素非 Copy，元组整体为 Move，仅能移动；
• 无字段名：通过索引（从 0 开始）或模式匹配访问元素；

定义与初始化

元组使用 (值1, 值2, ...) 语法创建，元素之间用逗号分隔。

• 基本初始化：根据元素类型自动推导；
• 显示指定类型：手动指定元组的类型（(类型1, 类型2, ...)）；
• 单元素元组：必须在元素后加逗号，否则会被解析为普通括号；
• 空元组：单元类型()：
  • 函数无返回值时，默认返回 ()（可省略）；
  • 作为 "无数据" 的占位符（如空结果）。

// 异构类型元组（i32, &str, bool）
let person = (25, "Alice", true); 
// 同类型元组（等价于 [i32; 3]）
let numbers = (10, 20, 30); 

// 显式声明元组类型
let point: (f64, f64) = (3.14, 6.28); 
let empty_tuple: () = (); // 空元组（类型为 ()，也叫"单元类型"）

let single: (i32,) = (5,); // 正确：单元素元组（类型为 (i32,)）
let not_tuple = (5); // 错误：不是元组，只是 i32 类型的 5（括号仅用于优先级）

元素的访问

通过 点号 + 索引 或 模式匹配（解构） 访问元素

• 点号索引访问：从0开始，越界直接编译错误；
• 模式匹配（解构）：可一次性提取多个元素，还能忽略不需要的值；
  • (..) 表示忽略剩下的所有元素，只能出现一次；
  • (_)表示忽略指定（一个）元素，可出现任意次；
• 可变元组（mut）：若需修改元素，需给元组加 mut 关键字（元组整体可变，不能单独指定某个元素可变）。

let person = (25, "Alice", true, 72.5);

// 点号 + 索引访问
let age = person.0; // 25（i32 类型）
let name = person.1; // "Alice"（&str 类型）
let is_student = person.2; // true（bool 类型）
let score = person.3; // 72.5（f32类型）

// 模式匹配
let (first, ..) = person;
let (_, mid, .., score) = person;
let (.., last) = person;
let (first, .., last) = person;

// 修改元素
let mut person = (25, "Alice", true);
person.0 = 26; // 允许：修改索引 0 的元素
person.1 = "Bob"; // 允许：修改字符串切片（注意：&str 是不可变引用，这里是替换为新的 &str）

常用操作与特性

比较运算（==, !=, <, >, 等）

元组支持比较运算，但要求：

• 两个元组 长度相同；
• 对应位置的元素 类型相同且实现 PartialEq trait（大部分基础类型都实现了）。

比较规则：按元素索引顺序逐一比较，直到找到第一个不相等的元素。

复制与移动（基于元素的 Copy trait）

元组的 "复制行为" 由其所有元素是否实现 Copy trait 决定：

• 若 所有元素都实现 Copy（如 i32, bool, &str 等），则元组自动实现 Copy，赋值时会复制（不转移所有权）；
• 若 存在元素未实现 Copy（如 String, Vec 等），则元组不实现 Copy，赋值时会转移所有权（原变量不可再使用）。

作为函数参数 / 返回值

元组是 Rust 中实现 "函数返回多个值" 的常用方式（无需定义结构体）

// 函数返回元组（(i32, i32)：求和与乘积）
fn sum_and_product(a: i32, b: i32) -> (i32, i32) {
    (a + b, a * b)
}

// 调用函数并解构返回值
let (sum, product) = sum_and_product(3, 4);
println!("sum: {}, product: {}", sum, product); // sum: 7, product: 12

// 元组作为函数参数（适合传递多个异构值）
fn print_point((x, y): (f64, f64)) {
    println!("Point: ({}, {})", x, y);
}

print_point((3.14, 6.28)); // 直接传递元组，或解构传递

与数组 / 切片的区别

元组和数组（[T; N]）、切片（&[T]）的核心区别：

特性	元组	数组	切片
元素类型	可异构（不同类型）	必须同构	必须同构
长度	编译时固定（类型一部分）	编译时固定	运行时可变
访问方式	点号索引 / 解构	方括号索引	方括号索引
主要用途	临时聚合异构值、多返回值	固定长度同构数据	动态长度同构数据视图