2. Rust 基础入门
2.4. 复合类型
2.4.5. 数组
在日常开发中，使用最广的数据结构之一就是数组，在 Rust 中，最常用的数组有两种，第一种是速度很快但是长度固定的 array，第二种是可动态增长的但是有性能损耗的 Vector，在本书中，我们称 array 为数组，Vector 为动态数组。
不知道你们发现没，这两个数组的关系跟 &str 与 String 的关系很像，前者是长度固定的字符串切片，后者是可动态增长的字符串。其实，在 Rust 中无论是 String 还是 Vector，它们都是 Rust 的高级类型：集合类型，在后面章节会有详细介绍。
Rust数组三要素
对于本章节，我们的重点还是放在数组 array 上。数组的具体定义很简单：将多个类型相同的元素依次组合在一起，就是一个数组。结合上面的内容，可以得出数组的三要素：
- 长度固定
- 元素必须有相同的类型
- 依次线性排列
这里再啰嗦一句，我们这里说的数组是 Rust 的基本类型，是固定长度的，这点与其他编程语言不同，其它编程语言的数组往往是可变长度的，与 Rust 中的动态数组 Vector 类似，希望读者大大牢记此点。
创建数组
一般语法
在 Rust 中，数组是这样定义的：
fn main() {
let a = [1, 2, 3, 4, 5];
}
数组语法跟 JavaScript 很像，也跟大多数编程语言很像。由于它的元素类型大小固定，且长度也是固定，因此数组 array 是存储在栈上，性能也会非常优秀。与此对应，动态数组 Vector 是存储在堆上，因此长度可以动态改变。当你不确定是使用数组还是动态数组时，那就应该使用后者，具体见动态数组 Vector。
举个例子，在需要知道一年中各个月份名称的程序中，你很可能希望使用的是数组而不是动态数组。因为月份是固定的，它总是只包含 12 个元素：
let months = ["January", "February", "March", "April", "May", "June", "July",
"August", "September", "October", "November", "December"];
在一些时候，还需要为数组声明类型，如下所示：
let a: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];
（一般编译器能自动推导类型和数量）
这里，数组类型是通过方括号语法声明，i32 是元素类型，分号后面的数字 5 是数组长度，数组类型也从侧面说明了数组的元素类型要统一，长度要固定。
简洁语法
还可以使用下面的语法初始化一个某个值重复出现 N 次的数组：
// 测试代码
// #[derive(Debug)]
// #[allow(dead_code)]
fn main() {
let a = [3; 5];
println!("a: {:?}", a);
}
a 数组包含 5 个元素，这些元素的初始化值为 3，聪明的读者已经发现，这种语法跟数组类型的声明语法其实是保持一致的：[3; 5] 和 [类型; 长度]。
在元素重复的场景，这种写法要简单的多，否则你就得疯狂敲击键盘：let a = [3, 3, 3, 3, 3];，不过老板可能很喜欢你的这种疯狂编程的状态。
访问数组元素
因为数组是连续存放元素的，因此可以通过索引的方式来访问存放其中的元素：
fn main() {
let a = [9, 8, 7, 6, 5];
let first = a[0]; // 获取a数组第一个元素
let second = a[1]; // 获取第二个元素
}
与许多语言类似，数组的索引下标是从 0 开始的。此处，first 获取到的值是 9，second 是 8。
越界访问
如果使用超出数组范围的索引访问数组元素，会怎么样？下面是一个接收用户的控制台输入，然后将其作为索引访问数组元素的例子：
// 测试代码
// #[derive(Debug)]
// #[allow(dead_code)]
use std::io;
fn main() {
let a = [1, 2, 3, 4, 5];
println!("Please enter an array index.");
let mut index = String::new(); // 创建空字符串
// println!("index: {}", index);
// 读取控制台的输出
io::stdin()
.read_line(&mut index)
.expect("Failed to read line");
// let index: usize = index.trim().parse().expect("Index entered was not a number");
let index: usize = index
.trim()
.parse()
.expect("Index entered was not a number");
let element = a[index];
println!(
"The value of the element at index {} is: {}",
index, element
);
}
使用 cargo run 来运行代码，因为数组只有 5 个元素，如果我们试图输入 5 去访问第 6 个元素，则会访问到不存在的数组元素，最终程序会崩溃退出：
Please enter an array index.
5
thread 'main' panicked at 'index out of bounds: the len is 5 but the index is 5', src/main.rs:19:19
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace
这就是数组访问越界，访问了数组中不存在的元素，导致 Rust 运行时错误。程序因此退出并显示错误消息，未执行最后的 println! 语句。
当你尝试使用索引访问元素时，Rust 将检查你指定的索引是否小于数组长度。如果索引大于或等于数组长度，Rust 会出现 _panic_。这种检查只能在运行时进行，比如在上面这种情况下，编译器无法在编译期知道用户运行代码时将输入什么值。
这种就是 Rust 的安全特性之一。在很多系统编程语言中，并不会检查数组越界问题，你会访问到无效的内存地址获取到一个风马牛不相及的值，最终导致在程序逻辑上出现大问题，而且这种问题会非常难以检查。
数组元素为非基础类型
非基础类型数据不支持拷贝式创建，类似：let array = [String::from("rust is good!"); 8];
学习了上面的知识，很多朋友肯定觉得已经学会了 Rust 的数组类型，但现实会给我们一记重锤，实际开发中还会碰到一种情况，就是数组元素是非基本类型的，这时候大家一定会这样写。
let array = [String::from("rust is good!"); 8];
println!("{:#?}", array);
然后你会惊喜的得到编译错误。
error[E0277]: the trait bound `String: std::marker::Copy` is not satisfied
--> src/main.rs:7:18
|
7 | let array = [String::from("rust is good!"); 8];
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ the trait `std::marker::Copy` is not implemented for `String`
|
= note: the `Copy` trait is required because this value will be copied for each element of the array
有些还没有看过特征的小伙伴，有可能不太明白这个报错，不过这个目前可以不提，我们就拿之前所学的所有权知识，就可以思考明白，前面几个例子都是 Rust 的基本类型，而基本类型在 Rust 中赋值是以 Copy 的形式，这时候你就懂了吧，let array=[3;5]底层就是不断的Copy出来的，但很可惜复杂类型都没有深拷贝，只能一个个创建。
接着就有小伙伴会这样写。
// 测试代码
// #[derive(Debug)]
// #[allow(dead_code)]
fn main() {
let array = [
String::from("rust is good!"),
String::from("rust is good!"),
String::from("rust is good!"),
];
println!("{:#?}", array);
}
正确的写法：std::array::from_fn（闭包函数）
作为一个追求极致完美的Rust开发者，怎么能容忍上面这么难看的代码存在！
正确的写法是应该调用std::array::from_fn
// 测试代码
// #[derive(Debug)]
// #[allow(dead_code)]
fn main() {
let array: [String; 8] = std::array::from_fn(|_i| String::from("rust is good!"));
println!("{:#?}", array);
}
代码分析：
上面代码用于演示如何使用 std::array::from_fn 函数创建一个初始化好的数组，并且打印这个数组。下面是对代码各部分的详细解释：
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代码结构
fn main() { let array: [String; 8] = std::array::from_fn(|_i| String::from("rust is good!")); println!("{:#?}", array); } -
详细解析
-
fn main()：定义了一个名为main的函数，这是Rust程序的入口点。 -
let array: [String; 8]：声明了一个名为array的变量，类型是包含8个String元素的数组。 -
std::array::from_fn(|_i| String::from("rust is good!"))：这行代码使用了std::array::from_fn函数来创建数组。from_fn函数接受一个闭包（匿名函数）作为参数，并为数组的每一个元素调用这个闭包来进行初始化。|_i|：这是闭包的参数，_i表示这个参数在闭包体内不被使用（Rust中以_开头的变量通常表示未使用的变量）。这个参数实际上是数组索引的占位符。String::from("rust is good!")：闭包返回一个新的String对象，包含文本"rust is good!"。这个闭包为数组的每个元素返回相同的字符串。
-
println!("{:#?}", array);：这行代码使用了println!宏打印数组。{:#?}是一个格式字符串，用于美化打印（pretty-print）调试信息，这在打印结构化数据（如数组）时非常有用，因为它会输出更易于阅读的格式。
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-
运行结果
当运行这段代码时，它将创建一个每个元素都是"rust is good!"字符串的数组，然后美化打印这个数组的内容。输出结果将如下所示，每个数组元素都在新的一行：[ "rust is good!", "rust is good!", "rust is good!", "rust is good!", "rust is good!", "rust is good!", "rust is good!", "rust is good!", ]
这段代码展示了Rust中数组初始化和元素处理的简洁方式，以及如何使用闭包来动态地为数组的每个元素赋值。
数组切片
在之前的章节，我们有讲到 切片 这个概念，它允许你引用集合中的部分连续片段，而不是整个集合，对于数组也是，数组切片允许我们引用数组的一部分：
// 测试代码
// #[derive(Debug)]
// #[allow(dead_code)]
fn main() {
let a: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];
let slice: &[i32] = &a[1..3];
assert_eq!(slice, &[2, 3]);
}
上面的数组切片 slice 的类型是&[i32]，与之对比，数组的类型是[i32;5]，简单总结下切片的特点：
- 切片的长度可以与数组不同，并不是固定的，而是取决于你使用时指定的起始和结束位置
- 创建切片的代价非常小，因为切片只是针对底层数组的一个引用
- 切片类型 [T] 拥有不固定的大小，而切片引用类型 &[T] 则具有固定的大小，因为 Rust 很多时候都需要固定大小数据类型，因此 &[T] 更有用，
&str字符串切片也同理
最终示例
最后，让我们以一个综合性使用数组的例子，来结束本章节的学习：
// 测试代码
// #[derive(Debug)]
// #[allow(dead_code)]
fn main() {
// 编译器自动推导出one的类型
let one = [1, 2, 3];
// 显式类型标注
let two: [u8; 3] = [1, 2, 3];
let blank1 = [0; 3];
let blank2: [u8; 3] = [0; 3];
// arrays是一个二维数组，其中每一个元素都是一个数组，元素类型是[u8; 3]
let arrays: [[u8; 3]; 4] = [one, two, blank1, blank2];
// 借用arrays的元素用作循环中
for a in &arrays {
print!("{:?}: ", a);
// 将a变成一个迭代器，用于循环
// 你也可以直接用for n in a {}来进行循环
for n in a.iter() {
print!("\t{} + 10 = {}", n, n + 10);
}
let mut sum = 0;
// 0..a.len,是一个 Rust 的语法糖，其实就等于一个数组，元素是从0,1,2一直增加到到a.len-1
for i in 0..a.len() {
sum += a[i];
}
println!("\t({:?} = {})", a, sum);
}
}
总结
做个总结，数组虽然很简单，但是其实还是存在几个要注意的点：