Rust编程：字符串处理、所有权与特征实现

# Rust编程：字符串处理、所有权与特征实现 ## 1. 离线浏览Rust文档 在火车、飞机上，或者想在本地访问Rust文档，可以通过`rustup`安装文档组件： ```bash $ rustup components rust-docs ``` 之后，可以在默认浏览器中打开标准库文档： ```bash $ rustup doc --std ``` 也可以从代码库生成文档，这将包含所有Cargo依赖项： ```bash $ cargo doc --open ``` 即使没有为定义的结构体和函数显式创建文档，生成的文档也会包含它们。 ## 2. Rust中的字符串处理 ### 2.1 String与&str的区别 在Rust中，`String`（https://doc.rust-lang.org/std/string/struct.String.html）和`&str`（https://doc.rust-lang.org/std/primitive.str.html）的主要区别在于`String`是可调整大小的。`String`是字节的集合，实现为向量，其定义如下： ```rust // Source: https://doc.rust-lang.org/src/alloc/string.rs.html#294-296 pub struct String { vec: Vec<u8>, } ``` `String`可以通过`String::from("popcorn")`创建，并且创建后可以修改。而`&str`（字符串字面量）是`u8`值（文本）的表示，不能修改，可以将其视为指向底层字符串的固定大小窗口。 简单总结使用场景： - 如果需要拥有并修改文本，创建`String`。 - 只需要底层文本的“视图”时，使用`&str`。 - 创建新的数据类型（结构体）时，通常使用`String`作为字段类型。 - 在函数中处理文本时，通常使用`&str`。 ### 2.2 栈与堆 操作系统为变量和函数分配内存，有栈和堆两个概念： - 栈通常由程序控制，每个线程有自己的栈，存储简单指令或变量，固定大小的内容可以存储在栈上。 - 堆更独特（可能有多个堆），操作堆的成本更高。数据没有固定大小，可能分散在多个块中，读取时间可能更长。 ### 2.3 str类型 `&str`去掉`&`就是`str`，它是不可变的UTF - 8字节序列，没有固定长度，通常通过指针处理。引用Rust文档：“`str`类型，也称为‘字符串切片’，是最原始的字符串类型，通常以借用形式`&str`出现”（https://doc.rust-lang.org/std/primitive.str.html）。 ## 3. 所有权与借用 ### 3.1 所有权概念 Rust引入所有权概念，以安全地管理内存，避免使用垃圾回收器或依赖开发者的大量谨慎操作。 ### 3.2 代码示例分析 #### 3.2.1 分配&str值 ```rust fn main() { let x = "hello"; let y = x; println!("{}", x); } ``` 运行此程序，会在控制台打印“hello”。 #### 3.2.2 分配String值 ```rust fn main() { let x = String::from("hello"); let y = x; println!("{}", x); } ``` 运行此程序会报错： ```plaintext error[E0382]: borrow of moved value: `x` --> src/main.rs:5:20 | 2 | let x = String::from("hello"); | - move occurs because `x` has type `String`, which does not implement the `Copy` trait 3 | let y = x; | - value moved here 4 | 5 | println!("{}", x); | ^ value borrowed here after move ``` 原因是`&str`是固定大小的值，可以存储在栈上，赋值时可以简单复制。而`String`更复杂，创建后可以更改，为确保只有一个唯一的变量拥有该值，Rust将所有权从`x`转移到`y`，`x`超出作用域并调用`drop()`方法。 ### 3.3 通过引用传递变量 在Rust中，可以通过引用传递变量，函数借用底层数据的所有权，处理完成后将所有权返回给调用者。示例代码如下： ```rust fn main() { let mut address = String::from("Street 1"); #A address_checker(&mut address); #B println!("{}", address); #E } fn address_checker(address: &mut String) { #C address.push_str(", 1234 Kingston"); #D } ``` - #A：声明一个可变变量并赋值为`String`。 - #B：将地址的可变引用传递给函数。 - #C：函数参数声明为可变引用。 - #D：`push_str()`方法直接修改`String`。 - #E：打印更新后的地址。 以下是一个简单的mermaid流程图，展示所有权转移过程： ```mermaid graph LR A[变量x拥有值] --> B[将所有权转移给变量y] B --> C[x超出作用域，调用drop()] ``` ## 4. 使用和实现特征 ### 4.1 ToString特征 为了解决编译器期望`QuestionId`而得到`&str`的错误，我们可以使用`ToString`特征将`&str`转换为`String`。示例代码如下： ```rust // ch_02/src/main.rs struct Question { id: QuestionId, title: String, content: String, tags: Option<Vec<String>>, } struct QuestionId(String); impl Question { fn new(id: QuestionId, title: String, content: String, tags: Option<Vec<String>>) -> Self { Question { id, title, content, tags, ```