Rust泛型特征、集合类型

目录

• 泛型与特征
  • 泛型Generics
  • 特征Trait
  • 特征对象
  • 进一步深入特征
• 集合类型
  • 动态数组Vector
  • KV存储HashMap

泛型与特征

泛型 (Generics)

基础概念

• 定义：泛型允许我们编写可以处理多种类型的代码。
• 语法：使用尖括号<>来指定类型参数。

fn identity<T>(arg: T) -> T {
    arg
}

fn main() {
    let output = identity(String::from("Hello World"));
    println!("The output is: {}", output);
}

在这个例子中，identity函数接受一个类型参数T，这意味着它可以接受任何类型的输入，并返回相同类型的值。

使用约束

• 添加约束：可以为类型参数添加约束，确保其满足某些条件。
• 示例：要求类型必须实现某个特定的trait。

trait ExampleTrait {
    fn example_method(&self);
}

struct ExampleStruct;

impl ExampleTrait for ExampleStruct {
    fn example_method(&self) {
        println!("Example method called");
    }
}

fn requires_example_trait<T: ExampleTrait>(t: T) {
    t.example_method();
}

fn main() {
    let example = ExampleStruct;
    requires_example_trait(example);
}

特征 (Traits)

定义

• 定义：特征定义了一组方法签名，描述了某种行为。
• 语法：使用trait关键字定义。

trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}

struct NewsArticle {
    pub headline: String,
    pub location: String,
    pub author: String,
    pub content: String,
}

impl Summary for NewsArticle {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{}, by {} ({})", self.headline, self.author, self.location)
    }
}

fn notify(item: &impl Summary) {
    println!("Breaking news: {}", item.summarize());
}

fn main() {
    let article = NewsArticle {
        headline: String::from("Penguins win the Stanley Cup Championship!"),
        location: String::from("Pittsburgh, PA, USA"),
        author: String::from("Iceburgh"),
        content: String::from(
            "The Pittsburgh Penguins once again are the best \
             hockey team in NHL.",
        ),
    };

    notify(&article);
}

特征对象

• 定义：允许我们拥有不确定具体类型的对象。
• 语法：使用&dyn TraitName形式。

trait Animal {
    fn make_sound(&self);
}

struct Dog;

impl Animal for Dog {
    fn make_sound(&self) {
        println!("Woof!");
    }
}

struct Cat;

impl Animal for Cat {
    fn make_sound(&self) {
        println!("Meow!");
    }
}

fn animal_sound(animal: &dyn Animal) {
    animal.make_sound();
}

fn main() {
    let dog = Dog;
    let cat = Cat;
    animal_sound(&dog);
    animal_sound(&cat);
}

进一步深入特征

默认实现

• 默认方法：可以在trait定义时提供默认实现。

trait Draw {
    fn draw(&self);
    fn default_draw(&self) {
        println!("Default drawing behavior");
    }
}

struct Screen;

impl Draw for Screen {
    fn draw(&self) {
        println!("Drawing Screen");
    }
}

fn main() {
    let screen = Screen;
    screen.draw();
    screen.default_draw();
}

高阶trait

• 高阶trait：trait可以要求其实现者也实现其他trait。

trait Display: std::fmt::Display {}
impl<T: std::fmt::Display> Display for T {}

fn display<T: Display>(t: T) {
    println!("{}", t);
}

fn main() {
    display(42);
    display(String::from("Hello, world!"));
}

协变与逆变（Covariance and Contravariance）

协变

• 定义：如果类型 A 是类型 B 的子类型，那么 Vec<A> 也是 Vec<B> 的子类型。
• 语法：使用 ?Sized 或者 + 操作符。

trait Animal {
    fn make_sound(&self);
}

struct Dog;

impl Animal for Dog {
    fn make_sound(&self) {
        println!("Woof!");
    }
}

struct Cat;

impl Animal for Cat {
    fn make_sound(&self) {
        println!("Meow!");
    }
}

// 协变示例
fn print_animals(animals: &[&dyn Animal]) {
    for animal in animals {
        animal.make_sound();
    }
}

fn main() {
    let dogs = vec![&Dog {}, &Dog {}];
    let cats = vec![&Cat {}, &Cat {}];

    print_animals(&dogs);
    print_animals(&cats);
}

逆变

• 定义：如果类型 A 是类型 B 的子类型，那么 Fn(A) 是 Fn(B) 的子类型。
• 语法：使用 + 操作符。

// 逆变示例
fn apply<F, T>(func: F, value: T) -> T
where
    F: Fn(T) -> T,
{
    func(value)
}

fn double(x: isize) -> isize {
    x * 2
}

fn main() {
    let result = apply(double, 5);
    println!("Result: {}", result);
}

集合类型

动态数组 Vector

基本使用 Vector 是一个动态大小的数组，它支持在运行时添加和移除元素。Vector 的元素必须是同一种类型。

创建Vector

let v: Vec<i32> = Vec::new(); // 创建一个空的 i32 类型的 Vector
let mut v = vec![1, 2, 3];    // 创建并初始化一个包含三个元素的 Vector

向 Vector 添加元素

v.push(4); // 向末尾添加一个元素

访问 Vector 元素

let third: Option<&i32> = v.get(2); // 获取第三个元素的引用
println!("The third element is {:?}", third);

let third: &i32 = &v[2]; // 直接获取第三个元素，如果越界会导致 panic!
println!("The third element is {}", third);

遍历 Vector

for i in &v {
    println!("{}", i);
}

for i in &mut v {
    *i += 50; // 修改 Vector 中的元素
}

移除 Vector 元素

let last = v.pop(); // 移除并返回最后一个元素

进阶使用

• 迭代器：Vector 支持多种迭代方式。
• 枚举：可以使用 enumerate 方法获取元素及其索引。
• 链式调用：可以使用 .iter() 和 .map() 等方法来操作 Vector。

KV 存储 HashMap

基本使用

HashMap 是一种基于哈希表实现的键值对存储结构，它提供了快速的插入和查找操作。

创建 HashMap

use std::collections::HashMap;

let mut scores = HashMap::new(); // 创建一个空的 HashMap

插入键值对

scores.insert(String::from("Blue"), 10); // 插入一个新的键值对

访问 HashMap 中的值

let team_name = String::from("Blue");
let score = scores.get(&team_name); // 获取值，返回 Option<&V>

更新或插入

scores.entry(team_name).or_insert(0); // 如果键不存在，则插入默认值

遍历 HashMap

for (key, value) in &scores {
    println!("{}: {}", key, value);
}

进阶使用

• 模式匹配：可以使用模式匹配来处理 Option 和 Result 类型。
• 默认值：使用 get 或 entry API 来安全地处理缺失的键。
• 移除元素：使用 remove 方法来移除键值对。

Vector 示例

fn main() {
    let mut numbers = Vec::new();

    numbers.push(1);
    numbers.push(2);
    numbers.push(3);

    for (index, value) in numbers.iter().enumerate() {
        println!("Element at index {}: {}", index, value);
    }

    if let Some(third) = numbers.get(2) {
        println!("The third element is {}", third);
    }
}

HashMap 示例

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();

    scores.insert(String::from("Blue"), 10);
    scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

    let team_name = String::from("Blue");
    let score = scores.get(&team_name);

    match score {
        Some(&value) => println!("Score of {}: {}", team_name, value),
        None => println!("No score for {}", team_name),
    }

    for (key, value) in &scores {
        println!("{}: {}", key, value);
    }
}