Rust 集合类型解析：Vector、String、HashMap
Rust 作为一门兼顾性能与内存安全的系统编程语言，其标准库中的集合类型为开发者提供了高效的数据管理工具。本文聚焦 Rust 中三种核心集合类型——Vector、String 和 HashMap，通过详细讲解和代码示例，剖析它们的基本原理、用法及注意事项。无论你是 Rust 新手还是进阶开发者，本文都将为你提供清晰的指引，助你更好地掌握这些集合类型在实际开发中的应用。
本文系统解析 Rust 的三大集合类型：Vector、String 和 HashMap。Vector 提供动态数组功能，适合连续存储同类型数据；String 支持可变 UTF-8 字符串操作；HashMap 实现键值对高效查询。文章通过代码示例详细介绍创建、更新、遍历及所有权管理等操作，揭示字符串索引限制及 HashMap 更新策略，帮助开发者在 Rust 项目中灵活运用这些工具。
常用的集合
- Vector
- String
- HashMap
一、 Vector
使用 Vector 存储多个值
-
Vec<T>，叫做 vector- 由标准库提供
- 可存储多个值
- 只能存储相同类型的数据
- 值在内存中连续存放
创建 Vector
- Vec::new 函数
- 使用初始值创建
Vec<T>，使用 vec! 宏
fn main() {
// let v: Vec<i32> = Vec::new();
let v = vec![1, 2, 3];
}
更新 Vector
- 向 Vector 添加元素，使用 push 方法
fn main() {
let mut v = Vec::new();
v.push(1);
v.push(2);
v.push(3);
v.push(4);
}
删除 Vector
-
与任何其他 struct 一样，当 Vector 离开作用域后
- 它就被清理掉了
- 它所有的元素也被清理掉了
读取 Vector 的元素
-
两种方式可以引用 Vector 里的值：
- 索引
- get 方法
fn main() {
let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];
let third: &i32 = &v[2];
println!("The third element is {}", third);
match v.get(2) {
Some(third) => println!("The third element is {}", third),
None => println!("The third element is not found"),
}
}
索引 VS get 处理访问越界
- 索引：panic
- get：返回 None
所有权和借用规则
- 不能在同一作用域内同时拥有可变和不可变引用
fn main() {
let mut v = vec![1,2,3,4,5];
let first = &v[0];
v.push(6); // 报错
println!("The first element is {}", first);
}
遍历 Vector 中的值
- for 循环
fn main() {
let v = vec![100, 32, 57];
for i in &v {
println!("{}", i);
}
let mut v = vec![100, 32, 57];
for i in &mut v {
*i += 50;
}
for i in v {
println!("{}", i);
}
}
二、Vector - 例子
使用 enum 来存储多种数据类型
- Enum 的变体可以附加不同类型的数据
- Enum 的变体定义在同一个 enum 类型下
enum SpreadsheeetCell {
Int(i32),
Float(f64),
Text(String),
}
fn main() {
let row = vec![
SpreadsheetCell::Int(3),
SpreadsheetCell::Text(String::from("blue")),
SpreadsheetCell::Float(10.12),
];
}
三、String（上）
Rust开发者经常会被字符串困扰的原因
- Rust倾向于暴露可能得错误
- 字符串数据结构复杂
- UTF-8
字符串是什么
-
Byte 的集合
-
一些方法
- 能将 byte 解析为文本
-
Rust的核心语言层面，只有一个字符串类型：字符串切片 str（或 &str）
-
字符串切片：对存储在其它地方、UTF-8编码的字符串的引用
- 字符串字面值：存储在二进制文件中，也是字符串切片
-
String 类型：
- 来自标准库而不是核心语言
- 可增长、可修改、可拥有
- UTF-8 编码
通常说的字符串是指？
-
String 和 &str
- 标准库里用的多
- UTF-8 编码
其它类型的字符串
-
Rust的标准库还包含了很多其它的字符串类型，例如：OsString、OsStr、CString、CStr
- String vs Str 后缀：拥有或借用的变体
- 可存储不同编码的文本或在内存中以不同的形式展现
-
Library crate 针对存储字符串可提供更多的选项
创建一个新的字符串（String）
- 很多
Vec<T>的操作都可用于 String - String::new() 函数
fn main() {
let mut s = String::new();
}
-
使用初始值来创建 String：
- to_string() 方法，可用于实现了 Display trait 的类型，包括字符串字面值
- String::from() 函数，从字面值创建 String
fn main() {
let data = "initial contents";
let s = data.to_string();
let s1 = "initial contents".to_string();
let s = String::from("initial contents");
}
- UTF-8 编码
更新 String
- push_str() 方法：把一个字符串切片附加到String
fn main() {
let mut s = String::from("foo");
s.push_str("bar");
println!("{}", s);
}
- push() 方法：把单个字符附加到String
fn main() {
let mut s = String::from("lo");
s.push('l');
}
-
+：连接字符串-
使用了类似这个签名的方法
fn add(self, s:&str) -> String {...}- 标准库中的 add 方法使用了泛型
- 只能把 &str 添加到 String
- 解引用强制转换（deref coercion）
-
fn main() {
let s1 = String::from("Hello, ");
let s2 = String::from("World!");
let s3 = s1 + &s2; // &s2 把String的引用转换成字符串切片所以编译通过（解引用强制转换）所有权保留
println!("{}", s3);
println!("{}", s1); // 报错 s1不可以继续使用
println!("{}", s2);
}
-
format!：连接多个字符串- 和 println!() 类似，但返回字符串
- 不会获得参数的所有权
fn main() {
let s1 = String::from("tic");
let s2 = String::from("tac");
let s3 = String::from("toe");
// let s3 = s1 + "-" + &s2 + "-" + &s3;
// println!("{}", s3);
let s = format!("{}-{}-{}", s1, s2, s3);
println!("{}", s);
}
四、String（下）
对 String 按索引的形式进行访问
- 按索引语法访问String的某部分，会报错
fn main() {
let s1 = String::from("hello");
let h = s1[0]; // 报错
}
- Rust的字符串不支持索引语法访问
内部表示
-
String 是对
Vec<u8>的包装- len() 方法 （字节数）
fn main() {
let len = String::from("Hola").len();
// Unicode 标量值
println!("{}", len);
}
字节(Bytes)、标量值(Scalar Values)、字形簇(Grapheme Clusters)
-
Rust有三种看待字符串的方式：
- 字节
- 标量值
- 字形簇（最接近所谓的“字母”）
fn main() {
let w = "redis";
for b in w.bytes() { // 字节
println!("{}", b);
}
for b in w.chars() { // 标量值
println!("{}", b);
}
}
-
Rust不允许对String进行索引的最后一个原因：
- 索引操作应消耗一个常量时间 (O(1))
- 而String无法保证：需要遍历所有内容，来确定有多少个合法的字符
切割 String
-
可以使用 [] 和一个范围来创建字符串的切片
- 必须谨慎使用
- 如果切割时跨域了字符边界，程序就会 panic
fn main() {
let hello = "creative";
let s = &hello[0..4];
println!("{}", s)
}
遍历 String 的方法
- 对于标量值：chars() 方法
- 对于字节：bytes() 方法
- 对于字形簇：很复杂，标准库未提供
String 不简单
-
Rust选择将正确处理String数据作为所有Rust程序的默认行为
- 程序员必须在处理UTF-8数据之前投入更多的精力
-
可防止在开发后期处理涉及非 ASCII 字符的错误
五、HashMap（上）
HashMap<K, V>
- 键值对的形式存储数据，一个键（Key）对应一个值（Value）
- Hash 函数：决定如何在内存中存放 K 和 V
- 使用场景：通过 K （任何类型）来寻找数据，而不是通过索引
创建 HashMap
- 创建空 HashMap：new() 函数
- 添加数据：insert() 方法
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let mut scores = HashMap::new();
scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Yellow"), 50);
}
HashMap
-
HashMap 用的较少，不在 Prelude 中
-
标准库对其支持较少，没有内置的宏来创建 HashMap
-
数据存储在 heap上
-
同构的。一个HashMap中：
- 所有的K必须是同一种类型
- 所有的V必须是同一种类型
另一种创建 HashMap 的方式：collect 方法
-
在元素类型为Tuple的 Vector 上使用 collect 方法，可以组建一个 HashMap：
-
要求 Tuple有两个值：一个作为K，一个作为 V
-
collect 方法可以把数据整合成很多种集合类型，包括 HashMap
- 返回值需要显示指明类型
-
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let teams = vec![String::from("Blue"), String::from("Yellow")];
let intial_scores = vec![10, 50];
let scores: HashMap<_, _> =
teams.iter().zip(intial_scores.iter()).collect();
}
HashMap 和所有权
- 对于实现了 Copy trait 的类型（例如 i32），值会被复制到 HashMap 中
- 对于拥有所有权的值（例如 String），值会被移动，所有权会转移给 HashMap
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let field_name = String::from("Favorite Color");
let field_value = String::from("Blue");
let mut map = HashMap::new();
map.insert(field_name, field_value);
// println!("{}: {}", field_name, field_value); // 报错 借用了移动的值
}
-
如果将值的引用插入到 HashMap，值本身不会移动
- 在 HashMap 有效的期间，被引用的值必须保持有效
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let field_name = String::from("Favorite Color");
let field_value = String::from("Blue");
let mut map = HashMap::new();
map.insert(&field_name, &field_value);
println!("{}: {}", field_name, field_value);
}
访问 HashMap 中的值
-
get 方法
- 参数：K
- 返回：Option<&V>
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(s) => println!("{}", s),
None => println!("team not exist"),
};
}
遍历 HashMap
- for 循环
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let mut scores = HashMap::new();
scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Yellow"), 50);
for (k, v) in &scores {
println!("{}: {}", k, v);
}
}
六、HashMap（下）
更新 HashMap<K, V>
-
HashMap 大小可变
-
每个K同时只能对应一个 V
-
更新 HashMap 中的数据：
-
K 已经存在，对应一个 V
- 替换现有的 V
- 保留现有的 V，忽略新的 V
- 合并现有的 V 和新的 V
-
K 不存在
- 添加一对 K，V
-
替换现有的 V
- 如果向 HashMap 插入一对 KV，然后再插入同样的 K，但是不同的 V，那么原来的 V 会被替换掉
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let mut scores = HashMap::new();
scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Blue"), 25);
println!("{:?}", scores);
}
只在 K 不对应任何值的情况下，才插入 V
-
entry 方法：检查指定的 K 是否对应一个 V
- 参数为 K
- 返回 enum Entry：代表值是否存在
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let mut scores = HashMap::new();
scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.entry(String::from("Yellow")).or_insert(50);
scores.entry(String::from("Blue")).or_insert(50); // Blue 存在不会插入
println!("{:?}", scores);
}
-
Entry 的 or_insert() 方法：
-
返回：
- 如果 K 存在，返回到对应的 V 的一个可变引用
- 如果 K 不存在，将方法参数作为 K 的新值插进去，返回到这个值的可变引用
-
基于现有的 V 来更新 V
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let text = "hello world wonderful world";
let mut map = HashMap::new();
for word in text.split_whitespace() { // 按空格分隔
let count = map.entry(word).or_insert(0); // 返回可变引用
*count += 1; // 解引用 加1
}
println!("{:#?}", map);
}
Hash 函数
-
默认情况下，HashMap 使用加密功能强大的 Hash 函数，可以抵抗拒绝服务(DoS) 攻击。
- 不是可用的最快的 Hash 算法
- 但具有更好安全性
-
可以指定不同的 hasher 来切换到另一个函数。
- hasher 是实现 BuildHasher trait 的类型
总结
Rust 的 Vector、String 和 HashMap 是高效数据处理的基础工具。Vector 提供连续存储的灵活性，String 适配复杂的 UTF-8 字符串操作，HashMap 则以键值对实现快速数据访问。本文通过详尽的代码示例和解析，阐明了它们的使用方法及内存安全特性。掌握这些集合类型，不仅能提升 Rust 编程效率，还能帮助开发者编写更健壮的代码，应对多样化的开发需求。
