Rust数据类型全面解析
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- [**一、标量类型（Scalar Types）**](#一、标量类型（Scalar Types）)
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- [1. **整数类型（Integer Types）**](#1. 整数类型（Integer Types）)
- [2. **浮点数类型（Floating-Point Types）**](#2. 浮点数类型（Floating-Point Types）)
- [3. **布尔类型（Boolean Type）**](#3. 布尔类型（Boolean Type）)
- [4. **字符类型（Character Type）**](#4. 字符类型（Character Type）)
- [**二、复合类型（Compound Types）**](#二、复合类型（Compound Types）)
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- [1. **元组（Tuple）**](#1. 元组（Tuple）)
- [2. **数组（Array）**](#2. 数组（Array）)
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- [**三、指针类型（Pointer Types）**](#三、指针类型（Pointer Types）)
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- [1. **引用（Reference）**](#1. 引用（Reference）)
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- [**四、动态大小类型（Dynamically Sized Types, DST）**](#四、动态大小类型（Dynamically Sized Types, DST）)
- [**五、Never 类型（`!`）**](#五、Never 类型（
!）) - **六、其他类型**
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Rust 是一种静态类型语言，其数据类型系统强调 安全性 和 性能 ，同时通过所有权、借用和生命周期机制避免内存错误。Rust 的数据类型可分为 标量类型 （单个值）、 复合类型 （多个值组合）、 指针类型 、 动态大小类型 、 Never 类型 及其他特殊类型。以下是各类数据类型的详细说明：
一、标量类型（Scalar Types）
标量类型表示单个值，包括整数、浮点数、布尔值和字符。
1. 整数类型（Integer Types）
整数是没有小数部分的数字，Rust 提供多种位数和符号的整数类型，以满足不同场景的需求。
| 类型 | 有符号/无符号 | 位数 | 取值范围 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
i8 |
有符号 | 8 位 | -128 ~ 127 | 小范围数值（如像素值） |
i16 |
有符号 | 16 位 | -32768 ~ 32767 | 中等范围数值 |
i32 |
有符号 | 32 位 | -2³¹ ~ 2³¹-1（约 ±21 亿） | 默认整数类型（如计数器） |
i64 |
有符号 | 64 位 | -2⁶³ ~ 2⁶³-1（约 ±9EB） | 大范围数值（如文件大小） |
i128 |
有符号 | 128 位 | -2¹²⁷ ~ 2¹²⁷-1 | 超大范围数值（如加密） |
isize |
有符号 | 平台相关 | 32 位系统：±2³¹；64 位系统：±2⁶³ | 索引集合（如数组下标） |
u8 |
无符号 | 8 位 | 0 ~ 255 | 字节数据（如图像像素） |
u16 |
无符号 | 16 位 | 0 ~ 65535 | 端口号、Unicode 标量值 |
u32 |
无符号 | 32 位 | 0 ~ 2³²-1（约 42 亿） | IPv4 地址、哈希值 |
u64 |
无符号 | 64 位 | 0 ~ 2⁶⁴-1（约 184EB） | 大文件大小、唯一标识符 |
u128 |
无符号 | 128 位 | 0 ~ 2¹²⁸-1 | 加密密钥、高精度计算 |
usize |
无符号 | 平台相关 | 32 位系统：0 ~ 2³²-1；64 位系统：0 ~ 2⁶⁴-1 | 内存地址、集合长度 |
特性：
- 溢出处理 ：Debug 模式下整数溢出会触发
panic；Release 模式下默认"环绕"（wrapping_add等行为），可通过overflow-checks编译选项控制。 - 字面量表示 ：
- 十进制：
98_222（下划线分隔可读性）； - 十六进制：
0xff； - 八进制：
0o77； - 二进制：
0b1111_0000； - 字节（仅
u8）：b'A'。
- 十进制：
2. 浮点数类型（Floating-Point Types）
浮点数用于表示带小数部分的数值，遵循 IEEE 754 标准。
| 类型 | 位数 | 精度 | 取值范围 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
f32 |
32 位 | 单精度（6~9 位有效数字） | ±1.2×10⁻³⁸ ~ ±3.4×10³⁸ | 图形计算（如 GPU 交互） |
f64 |
64 位 | 双精度（15~17 位有效数字） | ±2.3×10⁻³⁰⁸ ~ ±1.7×10³⁰⁸ | 默认浮点类型（科学计算） |
特性：
- 特殊值 ：支持
NaN（非数值，如0.0/0.0）、infinity（无穷大，如1.0/0.0）、-infinity（负无穷）。 - 比较注意 ：
NaN != NaN，需用f32::is_nan()等方法判断。
3. 布尔类型（Boolean Type）
bool 类型表示逻辑值，仅占 1 字节，取值为 true 或 false。
特性：
- 用于条件判断（
if、while）、逻辑运算（&&、||、!）。 - 不能直接转换为整数（需显式处理，如
if condition { 1 } else { 0 }）。
4. 字符类型（Character Type）
char 类型表示单个 Unicode 标量值（Unicode Scalar Value），占 4 字节（32 位），支持全球几乎所有语言的字符、表情符号（Emoji）和特殊符号。
特性：
- 字面量用单引号
'a'、'中'、'😊'（注意：字符串用双引号" "）。 - 范围：
U+0000~U+D7FF和U+E000~U+10FFFF（排除代理区）。 - 与整数的转换：
char可转换为u32（如'a' as u32结果为97），反之需char::from_u32()（可能失败）。
二、复合类型（Compound Types）
复合类型将多个值组合成一个类型，包括元组、数组、结构体和枚举。
1. 元组（Tuple）
元组是固定长度 的异构值集合（元素类型可不同），用圆括号 () 表示。
特性：
- 创建 ：
let tup: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1); - 访问元素 ：
- 解构：
let (x, y, z) = tup;（x=500, y=6.4, z=1）； - 索引：
tup.0（500）、tup.1（6.4）（索引从 0 开始）。
- 解构：
- 空元组 ：
()称为"单元类型"（Unit Type），表示无返回值（如函数默认返回()），占 0 字节。
2. 数组（Array）
数组是固定长度 的同构值集合（元素类型相同），用方括号 [] 表示，长度在编译时确定。
声明 ：let arr: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];（[类型; 长度]）
初始化 ：let zeros = [0; 3];（等价于 [0, 0, 0]）
特性：
- 长度固定 ：无法动态增删元素（需用
Vec<T>动态数组）。 - 内存连续 ：元素在栈上连续存储，访问效率高（
O(1)）。 - 越界检查 ：访问
arr[10]会触发panic（Debug 模式）或 UB（Release 模式）。
3. 结构体（Struct）
结构体是自定义复合类型，将多个相关值组合成一个命名实体，类似其他语言的"类"（但无方法，方法需单独定义）。
类型：
-
具名字段结构体（最常见）：
ruststruct User { username: String, // 字段名: 类型 email: String, sign_in_count: u64, active: bool, }创建：
let user = User { username: String::from("alice"), email: String::from("alice@example.com"), sign_in_count: 1, active: true };访问：
user.username -
元组结构体（字段无名称，类似元组）：
ruststruct Color(i32, i32, i32); // 红、绿、蓝分量 let red = Color(255, 0, 0);访问：
red.0 -
单元结构体（无字段，类似空元组）：
ruststruct Unit; // 用于标记类型，或实现 trait 时无数据
4. 枚举（Enum）
枚举定义一组命名的变体（Variants），每个变体可包含数据（或无数据），用于表示"多选一"的场景。
声明：
rust
enum Message {
Quit, // 无数据变体
Move { x: i32, y: i32 }, // 具名字段变体（类似结构体）
Write(String), // 元组变体（类似元组结构体）
ChangeColor(i32, i32, i32), // 元组变体
} 特性：
-
模式匹配 ：通过
match或if let处理不同变体：rustfn process(msg: Message) { match msg { Message::Quit => println!("Quit"), Message::Move { x, y } => println!("Move to ({}, {})", x, y), Message::Write(s) => println!("Write: {}", s), Message::ChangeColor(r, g, b) => println!("Color: {}, {}, {}", r, g, b), } } -
常用枚举 ：
Option<T>：表示"有值"（Some(T)）或"无值"（None），避免空指针；Result<T, E>：表示"成功"（Ok(T)）或"错误"（Err(E)），错误处理核心。
三、指针类型（Pointer Types）
Rust 的指针类型强调内存安全，分为引用 （安全）和裸指针（不安全）。
1. 引用（Reference）
引用是"借用"数据的指针，分为不可变引用（&T）和可变引用（&mut T），遵循借用规则：
- 同一时间只能有一个可变引用或多个不可变引用；
- 引用必须总是有效的（生命周期保证）。
特性：
- 自动解引用 ：通过
.运算符访问数据时，Rust 自动解引用（如&x.y等价于(*x).y）。 - 生命周期 ：引用需标注生命周期（多数情况可自动推导），如
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str。
2. 裸指针（Raw Pointer）
裸指针（*const T 不可变，*mut T 可变）绕过 Rust 的安全检查，直接操作内存，需使用 unsafe 块。
特性：
- 可空（
null）； - 可同时拥有多个可变裸指针；
- 需手动确保内存有效性和无数据竞争。
示例：
rust
let mut num = 5;
let r1 = &num as *const i32; // 不可变裸指针
let r2 = &mut num as *mut i32; // 可变裸指针
unsafe {
println!("r1: {}", *r1); // 5
*r2 = 10;
println!("r2: {}", *r2); // 10
} 3. 智能指针（Smart Pointers）
智能指针是标准库提供的结构体 ，实现了 Deref 和 Drop trait，用于管理动态内存（如堆分配），常见类型：
Box<T>：堆分配单个值（如递归类型）；Rc<T>：引用计数（单线程共享所有权）；Arc<T>：原子引用计数（多线程共享所有权）；RefCell<T>：内部可变性（运行时借用检查）；Mutex<T>：互斥锁（多线程安全访问）。
四、动态大小类型（Dynamically Sized Types, DST）
动态大小类型的大小在编译时未知，必须通过指针间接使用（如引用、智能指针）。
| 类型 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
str |
字符串切片（UTF-8 编码，长度动态） | &str（如 "hello"）、Box<str> |
[T] |
数组切片（元素类型 T，长度动态） |
&[i32]（如 &[1, 2, 3]）、Vec<T> |
dyn Trait |
Trait 对象（实现 Trait 的动态类型） |
&dyn Display、Box<dyn Animal> |
五、Never 类型（!）
! 称为"Never 类型"，表示永远不会返回的值 ，用于函数返回类型时表示该函数在执行完毕前会终止（如 panic!、无限循环）。
示例：
panic!("出错了")的返回类型是!；- 无限循环
loop {}的返回类型是!； - 函数
fn exit(code: i32) -> ! { /* 终止进程 */ }。
六、其他类型
- 函数类型 ：
fn(i32) -> i32表示一个接受i32并返回i32的函数。 - 闭包类型 ：自动生成的匿名类型，实现
Fn、FnMut、FnOncetrait（区分捕获变量的方式）。 - 类型别名 ：用
type关键字给类型起别名，如type Kilometers = i32（提高可读性）。
总结
Rust 的数据类型系统通过标量类型 （基础值）、复合类型 （组合值）、指针类型 （内存引用）、动态大小类型 （灵活长度）和Never 类型（终止标记），结合所有权机制，在保证安全的同时提供了高效的性能。理解各类类型的特性（如整数的溢出处理、数组的固定长度、引用的借用规则）是编写 Rust 代码的基础。