阶段三：结构体与枚举

阶段三：结构体与枚举

核心知识点

1. 结构体（Struct）

   • 自定义复合数据类型，包含多个命名字段
   • 通过 impl 块为结构体添加方法
   • 关联函数（类似静态方法）

2. 枚举（Enum）

   • 定义一组可能的值（变体）
   • 可携带数据（类似联合类型）
   • 模式匹配（match 表达式）

3. 模式匹配（Pattern Matching）

   • 用 match 处理枚举变体
   • 通配符 _ 和占位符 ..
   • if let 简化单分支匹配

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学习步骤

1. 结构体定义与实例化

// 定义结构体
struct User {
    username: String,
    email: String,
    sign_in_count: u64,
    active: bool,
}

// 创建实例
let user1 = User {
    email: String::from("alice@example.com"),
    username: String::from("alice"),
    active: true,
    sign_in_count: 1,
};

2. 为结构体添加方法

impl User {
    // 关联函数（类似构造函数）
    fn new(email: String, username: String) -> Self {
        User {
            email,
            username,
            active: true,
            sign_in_count: 0,
        }
    }

    // 方法（第一个参数为 `&self`）
    fn deactivate(&mut self) {
        self.active = false;
    }
}

3. 枚举与模式匹配

// 定义枚举
enum WebEvent {
    PageLoad,                  // 无数据
    KeyPress(char),             // 携带字符
    Click { x: i64, y: i64 },   // 匿名结构体
}

// 处理枚举
fn handle_event(event: WebEvent) {
    match event {
        WebEvent::PageLoad => println!("页面加载"),
        WebEvent::KeyPress(c) => println!("按下键: {}", c),
        WebEvent::Click { x, y } => println!("点击坐标: ({}, {})", x, y),
    }
}

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练习题

题目1：计算矩形面积

struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}

impl Rectangle {
    // 实现方法 `area`
    fn area(&self) -> u32 {
        self.width * self.height
    }

    // 关联函数 `square` 创建正方形
    fn square(size: u32) -> Self {
        Rectangle {
            width: size,
            height: size,
        }
    }
}

fn main() {
    let rect = Rectangle { width: 30, height: 50 };
    println!("面积: {}", rect.area()); // 输出 1500

    let square = Rectangle::square(10);
    println!("正方形面积: {}", square.area()); // 输出 100
}

题目2：处理消息枚举

enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(u8, u8, u8),
}

fn process_message(msg: Message) {
    match msg {
        Message::Quit => println!("退出程序"),
        Message::Move { x, y } => println!("移动到坐标 ({}, {})", x, y),
        Message::Write(text) => println!("文本消息: {}", text),
        Message::ChangeColor(r, g, b) => println!("颜色变更为 RGB({}, {}, {})", r, g, b),
    }
}

fn main() {
    let messages = vec![
        Message::Quit,
        Message::Move { x: 10, y: 20 },
        Message::Write(String::from("Hello Rust")),
        Message::ChangeColor(255, 0, 0),
    ];

    for msg in messages {
        process_message(msg);
    }
}

题目3：自定义 Option

// 实现一个简化版 Option<T>
enum MyOption<T> {
    MySome(T),
    MyNone,
}

impl<T> MyOption<T> {
    // 实现 unwrap 方法
    fn unwrap(self) -> T {
        match self {
            MyOption::MySome(val) => val,
            MyOption::MyNone => panic!("尝试解包 MyNone 值"),
        }
    }
}

fn main() {
    let some_val = MyOption::MySome(42);
    println!("解包结果: {}", some_val.unwrap()); // 输出 42

    let none_val: MyOption<i32> = MyOption::MyNone;
    // none_val.unwrap(); // 运行时 panic
}

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常见错误与修复

1. 错误：missing field 'email' in initializer

   • 原因：结构体实例化时缺少字段
   • 修复：补全所有字段或使用 .. 语法继承其他字段

     let user2 = User {
         email: String::from("bob@example.com"),
         username: String::from("bob"),
         ..user1 // 继承剩余字段
     };
     

2. 错误：non-exhaustive patterns

   • 原因：match 未覆盖所有枚举变体
   • 修复：添加 _ 通配分支

     match msg {
         Message::Quit => { /* ... */ },
         _ => println!("其他消息类型"),
     }
     

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扩展知识

1. 元组结构体（Tuple Struct）

   • 无名字段的结构体，用于轻量级封装

   struct Point(i32, i32);
   let origin = Point(0, 0);
   

2. 模式守卫（Pattern Guard）

   • 在 match 分支中添加条件判断

   match value {
       Some(x) if x > 10 => println!("大于10"),
       Some(x) => println!("值为 {}", x),
       None => println!("无值"),
   }