Rust入门系列：08、Rust中的函数和控制流

函数的基本概念

在 Rust 中，函数是通过 fn 关键字来定义的。函数定义包括函数名、参数、返回类型（如果有）、和函数体。函数的参数需要明确指定类型，Rust 的函数参数和返回类型通常使用静态类型检查。

示例代码

fn main() {
    greet("Alice");
    let sum = add(5, 3);
    println!("Sum is: {}", sum);
}

fn greet(name: &str) {
    println!("Hello, {}!", name);
}

fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

代码解释

1. 函数定义：

   • 使用 fn 关键字。
   • 函数名后跟一对圆括号，括号内可以包含参数列表。
   • 参数需要指定类型，参数名和类型之间使用冒号分隔。
   • 函数体包含在花括号 {} 中。

2. 参数：

   • 参数类型必须显式声明，如 name: &str、a: i32。
   • 参数列表中的每个参数之间用逗号分隔。

3. 返回类型：

   • 返回类型通过箭头 -> 指定，紧跟在参数列表之后。
   • 如果函数没有返回值，可以省略返回类型，或者显式地返回一个空元组 ()。
   • 最后一条表达式的值就是返回值，无需使用 return 关键字，但可以显式使用 return 关键字。

4. 函数调用：

   • 函数通过函数名和参数列表调用，如 greet("Alice")、add(5, 3)。

5. 注意事项：

   • Rust 函数默认是私有的，如果需要在模块外部使用，需要使用 pub 关键字将其声明为公共函数。
   • 参数传递是按值传递，除非使用引用 & 或可变引用 &mut。

带有可变参数的函数

fn main() {
    let mut x = 5;
    change_value(&mut x);
    println!("Changed value: {}", x);
}

fn change_value(val: &mut i32) {
    *val = 10;
}

带有可选参数的函数

Rust 本身不支持像 Python 那样的默认参数，但是可以使用 Option 类型来模拟：

fn main() {
    print_number(Some(10));
    print_number(None);
}

fn print_number(number: Option<i32>) {
    match number {
        Some(n) => println!("Number is: {}", n),
        None => println!("No number provided"),
    }
}

Rust中的控制流

在 Rust 中，控制流结构包括条件判断（if）、循环（loop、while、for）和匹配（match）。这些结构用于控制程序的执行流程。

1. 条件判断（if）

fn main() {
    let number = 5;

    if number < 10 {
        println!("The number is less than 10");
    } else {
        println!("The number is 10 or greater");
    }

    // if-else if-else 结构
    let condition = true;
    let value = if condition { 1 } else { 0 };
    println!("The value is: {}", value);
}

代码解释

• if 语句用于条件判断，条件表达式必须返回一个布尔值（bool）。
• 可以使用 else if 和 else 来处理多重条件。
• if 表达式可以有返回值，并且所有分支必须返回相同类型的值。

2. 循环（loop, while, for）

无限循环（loop）

fn main() {
    let mut count = 0;

    loop {
        count += 1;
        if count == 3 {
            println!("Loop exited");
            break;
        }
    }
}

条件循环（while）

fn main() {
    let mut number = 3;

    while number != 0 {
        println!("{}!", number);
        number -= 1;
    }
    println!("Liftoff!");
}

迭代循环（for）

fn main() {
    let array = [10, 20, 30, 40, 50];

    for element in array.iter() {
        println!("The value is: {}", element);
    }

    for number in 1..4 {
        println!("{}!", number);
    }
    println!("Liftoff!");
}

解释

• loop 创建一个无限循环，可以使用 break 关键字退出循环。
• while 循环在条件为 true 时反复执行。
• for 循环用于遍历集合或范围，1..4 生成从 1 到 3 的序列，array.iter() 迭代数组的每个元素。

Rust 中的 for 循环可以配合 Range 使用，方便地遍历一系列连续的值。Range 是 Rust 标准库中提供的一个类型，它生成从一个开始值到一个结束值（但不包括结束值）的序列。

使用 Range 的 for 循环

fn main() {
    // 使用 Range 遍历从 1 到 4 的值（不包含 4）
    for i in 1..4 {
        println!("The value is: {}", i);
    }

    // 使用 Range 遍历从 1 到 4 的值（包含 4）
    for i in 1..=4 {
        println!("The value is: {}", i);
    }

    // 反向遍历从 4 到 1 的值（包含 4）
    for i in (1..=4).rev() {
        println!("The value is: {}", i);
    }
}

解释

1. 1..4：

   • 生成一个从 1 到 3 的范围（1, 2, 3），不包括 4。
   • 这是一个半开区间（start..end）。

2. 1..=4：

   • 生成一个从 1 到 4 的范围（1, 2, 3, 4），包括 4。
   • 这是一个闭区间（start..=end）。

3. .rev()：

   • 使用 rev() 方法反转范围内的顺序。
   • 例如 (1..=4).rev() 会生成 4, 3, 2, 1。

特点和注意事项

• 简洁性：使用 Range 可以简洁地创建循环范围，避免手动设置和更新循环变量。
• 边界：注意 Range 是左闭右开区间（start 包含，end 不包含），使用 ..= 可以创建闭区间。
• 类型推断：Rust 能够根据上下文推断 Range 的类型，但在某些情况下可能需要显式指定类型。
• 安全性：Range 确保索引不越界，避免了手动设置循环变量时可能出现的错误。

遍历数组或向量

fn main() {
    let array = [10, 20, 30, 40, 50];

    for i in 0..array.len() {
        println!("The value at index {} is: {}", i, array[i]);
    }

    let vector = vec![1, 2, 3, 4, 5];
    for i in 0..vector.len() {
        println!("The value at index {} is: {}", i, vector[i]);
    }
}

遍历字符范围

fn main() {
    for c in 'a'..='e' {
        println!("The character is: {}", c);
    }
}

使用 Range 的 for 循环使得遍历数值范围、数组、向量和字符范围变得直观且高效。

3. 匹配（match）

fn main() {
    let number = 3;

    match number {
        1 => println!("One"),
        2 => println!("Two"),
        3 => println!("Three"),
        _ => println!("Something else"),
    }

    let result = match number {
        1 => "One",
        2 => "Two",
        3 => "Three",
        _ => "Other",
    };
    println!("Result is: {}", result);
}

解释

• match 结构允许将一个值与一系列模式进行比较，执行匹配的代码块。
• 每个分支由一个模式和一个代码块组成，模式和代码块之间使用 => 分隔。
• _ 模式是通配符，匹配所有未匹配的情况。