深入理解Rust中的结构体：逻辑与数据结合的实战示例

结构体（Struct）是Rust编程语言中非常重要的一部分，它允许开发者将相关的数据组合在一起，从而实现数据的封装和管理。在Rust中，结构体不仅可以存储数据，还可以附加相关的逻辑。通过实现方法（methods），我们能够为结构体定义行为，从而将数据和操作紧密结合。本篇文章将通过一个具体的例子，展示如何使用结构体定义数据，并为其实现相关的逻辑操作。

本文探讨了Rust中结构体的使用方式，特别是如何在结构体中包含数据和逻辑。通过一个运输包裹（Package）为例的代码，展示了如何定义一个结构体、为其添加方法、并进行单元测试来验证功能。这些方法包括创建新的包裹、检查是否为国际运输以及计算运输费用。最终总结了使用Rust结构体时的最佳实践和注意事项。

实操

// structs3.rs
//
// Structs contain data, but can also have logic. In this exercise we have
// defined the Package struct and we want to test some logic attached to it.
// Make the code compile and the tests pass!
//
// Execute `rustlings hint structs3` or use the `hint` watch subcommand for a
// hint.

// I AM NOT DONE

#[derive(Debug)]
struct Package {
    sender_country: String,
    recipient_country: String,
    weight_in_grams: i32,
}

impl Package {
    fn new(sender_country: String, recipient_country: String, weight_in_grams: i32) -> Package {
        if weight_in_grams <= 0 {
            panic!("Can not ship a weightless package.")
        } else {
            Package {
                sender_country,
                recipient_country,
                weight_in_grams,
            }
        }
    }

    fn is_international(&self) -> bool {
        // Something goes here...
        self.sender_country != self.recipient_country
    }

    fn get_fees(&self, cents_per_gram: i32) -> i32 {
        // Something goes here...
        self.weight_in_grams * cents_per_gram
    }
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    #[should_panic]
    fn fail_creating_weightless_package() {
        let sender_country = String::from("Spain");
        let recipient_country = String::from("Austria");

        Package::new(sender_country, recipient_country, -2210);
    }

    #[test]
    fn create_international_package() {
        let sender_country = String::from("Spain");
        let recipient_country = String::from("Russia");

        let package = Package::new(sender_country, recipient_country, 1200);

        assert!(package.is_international());
    }

    #[test]
    fn create_local_package() {
        let sender_country = String::from("Canada");
        let recipient_country = sender_country.clone();

        let package = Package::new(sender_country, recipient_country, 1200);

        assert!(!package.is_international());
    }

    #[test]
    fn calculate_transport_fees() {
        let sender_country = String::from("Spain");
        let recipient_country = String::from("Spain");

        let cents_per_gram = 3;

        let package = Package::new(sender_country, recipient_country, 1500);

        assert_eq!(package.get_fees(cents_per_gram), 4500);
        assert_eq!(package.get_fees(cents_per_gram * 2), 9000);
    }
}

解释与说明

在这段代码中，我们定义了一个Package结构体来模拟包裹的运输场景。包裹包含了三个字段：

• sender_country：寄件国家
• recipient_country：收件国家
• weight_in_grams：包裹的重量（以克为单位）

1. 结构体定义

#[derive(Debug)]
struct Package {
    sender_country: String,
    recipient_country: String,
    weight_in_grams: i32,
}

Package结构体被定义为包含三个字段。使用#[derive(Debug)]宏，允许我们以可读的方式打印出包裹的相关信息。

2. 结构体方法实现

接下来，我们为Package结构体实现了三个方法：

• new：构造函数，用于创建一个新的包裹。
• is_international：用于判断包裹是否为国际运输，即寄件国和收件国是否相同。
• get_fees：根据包裹的重量和每克的费用来计算运输费用。

impl Package {
    fn new(sender_country: String, recipient_country: String, weight_in_grams: i32) -> Package {
        if weight_in_grams <= 0 {
            panic!("Can not ship a weightless package.")
        } else {
            Package {
                sender_country,
                recipient_country,
                weight_in_grams,
            }
        }
    }

    fn is_international(&self) -> bool {
        self.sender_country != self.recipient_country
    }

    fn get_fees(&self, cents_per_gram: i32) -> i32 {
        self.weight_in_grams * cents_per_gram
    }
}

• new方法：创建一个新的包裹，若重量小于等于0，则抛出panic!异常，表示包裹的重量无效。

• is_international方法：通过比较sender_country和recipient_country，判断包裹是否为国际运输。

• get_fees方法：根据每克的费用（cents_per_gram）和包裹的重量，计算出运输的总费用。

3. 单元测试

代码中还定义了几个单元测试，来验证每个方法的正确性：

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    #[should_panic]
    fn fail_creating_weightless_package() {
        let sender_country = String::from("Spain");
        let recipient_country = String::from("Austria");

        Package::new(sender_country, recipient_country, -2210);
    }

    #[test]
    fn create_international_package() {
        let sender_country = String::from("Spain");
        let recipient_country = String::from("Russia");

        let package = Package::new(sender_country, recipient_country, 1200);

        assert!(package.is_international());
    }

    #[test]
    fn create_local_package() {
        let sender_country = String::from("Canada");
        let recipient_country = sender_country.clone();

        let package = Package::new(sender_country, recipient_country, 1200);

        assert!(!package.is_international());
    }

    #[test]
    fn calculate_transport_fees() {
        let sender_country = String::from("Spain");
        let recipient_country = String::from("Spain");

        let cents_per_gram = 3;

        let package = Package::new(sender_country, recipient_country, 1500);

        assert_eq!(package.get_fees(cents_per_gram), 4500);
        assert_eq!(package.get_fees(cents_per_gram * 2), 9000);
    }
}

• fail_creating_weightless_package：测试包裹重量为负时，new方法是否会触发panic!。
• create_international_package：测试创建国际包裹，并验证is_international方法是否返回true。
• create_local_package：测试创建本地包裹，并验证is_international方法是否返回false。
• calculate_transport_fees：测试运输费用的计算，验证get_fees方法的正确性。

总结

通过本例，我们清晰地展示了如何在Rust中使用结构体，并为其实现逻辑操作。Rust的结构体不仅可以用来组织和存储数据，还可以通过方法来附加逻辑，从而实现面向对象的编程风格。本文介绍的Package例子展示了如何通过方法验证包裹的合法性、计算运输费用，以及判断包裹是否为国际运输。在实际开发中，合理地使用结构体能够极大地提高代码的组织性和可维护性，同时保持逻辑的清晰性。

参考

• Rust 语言圣经 - 复合类型 Struct
• Rust 文档 - 定义结构体
• The Rust Programming Language Book - Defining Structs