Rust语言中的String和HashMap使用示例详解

Rust
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2023-06-02
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目录
  • String
  • 新建字符串
  • 更新字符串
  • 使用 + 运算符或 format! 宏拼接字符串
  • 索引字符串
  • 字符串 slice
  • 遍历字符串
  • HashMap
  • 新建 HashMap
  • HashMap 和 ownership
  • 访问 HashMap 中的值
  • 更新 HashMap
  • 直接覆盖
  • 新插入
  • 更新旧值
  • 总结

String

字符串是比很多开发者所理解的更为复杂的数据结构。加上 UTF-8 的不定长编码等原因，Rust 中的字符串并不如其它语言中那么好理解。

Rust 的核心语言中只有一种字符串类型：str。字符串 slice，它通常以被借用的形式出现：&str 是一些储存在别处的 UTF-8 编码字符串数据的引用。而 String 的类型是由标准库提供的，而没有写进核心语言部分，它是可增长的、可变的、有所有权的、UTF-8 编码的字符串类型。

💡 Rust 标准库中还包含一系列其他字符串类型，比如 OsString、OsStr、CString 和 CStr。相关库 crate 还会提供更多储存字符串数据的数据类型。这些字符串类型能够以不同的编码，或者内存表现形式上以不同的形式，来存储文本内容。

新建字符串

  • String::new()函数
  • to_string()方法
let data = "initial contents";
let s = data.to_string();
// 或者
let s = String::from(data);
// 该方法也可直接用于字符串字面量：
let s = "initial contents".to_string();

更新字符串

String 的大小可以增加，其内容也可以改变。另外，还可以使用 + 运算符或 format! 宏来拼接 String 值。

  • push_str()
  • push()
let mut s = String::from("foo");
let t = String::from("bar");
s.push_str(&t);
// push 方法被定义为获取一个单独的字符作为参数，并附加到 String 中
let mut l = String::from("lo");
l.push('l');

💡 pub fn push_str(&mut self, string: &str) 方法不会获得字符串的所有权。另外值得一提的是，t 是 &String 类型，而 push_str 方法需要的是 &str 类型的参数。为什么这段代码能够正常编译呢？这里就涉及到了 解引用强制转换（deref coercion），我们将在后面的文章中介绍它。

使用 + 运算符或 format! 宏拼接字符串

let s1 = String::from("Hello, ");
let s2 = String::from("world!");
let s3 = s1 + &s2;

你可以把他理解成 C++ 的运算符重载。在 Rust 中， + 的实现可能是 fn add(self, s: &str) -> String 这样一个方法。

💡 s1 的所有权将被移动到 add 调用中

如果想要级联多个字符串，使用 + 就变得麻烦了。这时候可以使用 format! 宏：

let s1 = String::from("hello");
let s2 = String::from("the");
let s3 = String::from("world");
let s = format!("{}-{}-{}", s1, s2, s3);

索引字符串

在其他语言中，通过索引来引用字符串中的某个单独字符是很常见的操作。但在 Rust 中，你可能会遇到问题：

这主要是因为：

  • UTF-8 是不定长编码，而 String 的实现是基于 Vec<u8> 的封装：数组中每一个元素都是一个字节，但 UTF-8 中每一个汉字（或字符）都可能由一到四个字节组成
  • 索引操作预期总是需要常数时间 (O(1))。但是对于 String 不可能保证这样的性能，因为 Rust 必须从开头到索引位置遍历来确定有多少有效的字符。

字符串 slice

如果你真的希望使用索引创建字符串 slice 时，Rust 会要求你明确字符串范围。这时你需要一个字符串 slice，使用 [] 和一个 range 来创建含特定字节的字符串 slice：

fn main() {
    let s1 = String::from("你好,");
    println!("{}", &s1[0..3]);  // 你
}

如果获取 &s1[0..1] ，Rust 在运行时会 panic。因此，你应该谨慎地使用这个操作，因为这么做可能会使你的程序崩溃。

遍历字符串

可以使用 chars() 方法获取该字符串的字母数组。

fn main() {
    let s1 = String::from("你好,");
    let s2 = String::from("世界!");
    let s3 = s1 + &s2; 
    for char in s3.chars() {
        println!("{}", char);
    }
}

HashMap

另外一个常用集合类型是 哈希 map（hash map）。HashMap<K, V> 类型储存了一个键类型 K 对应一个值类型 V 的映射。它通过一个 哈希函数（hashing function）来实现映射，决定如何将键和值放入内存中。

哈希 map 适用于需要任何类型作为键来寻找数据的情况，而不是像 vector 那样通过索引。

新建 HashMap

使用new 创建一个空的 HashMap，并使用 insert 增加元素：

use std::collections::HashMap;
let mut scores = HashMap::new();
scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

💡 必须首先 use 标准库中集合部分的 HashMap。在这上面介绍的三个常用集合中，HashMap 是最不常用的，所以并没有被 prelude 自动引用。标准库中对 HashMap 的支持也相对较少，例如，并没有内建的构建宏。

💡 像 vector 一样，哈希 map 将它们的数据储存在堆上；哈希 map 是同质的：所有的键必须是相同类型，值也必须都是相同类型。

另一个构建哈希 map 的方法是使用一个元组的 vector 的 collect 方法：

use std::collections::HashMap;
let teams  = vec![String::from("Blue"), String::from("Yellow")];
let initial_scores = vec![10, 50];
let scores: HashMap<_, _> = teams.iter().zip(initial_scores.iter()).collect();

HashMap 和 ownership

  • 对于像 i32 这样的实现了 Copy trait 的类型，其值可以拷贝进哈希 map。
  • 对于像 String 这样拥有所有权的值，其值将被移动而哈希 map 会成为这些值的所有者。
use std::collections::HashMap;
let field_name = String::from("Favorite color");
let field_value = String::from("Blue");
let mut map = HashMap::new();
map.insert(field_name, field_value);
// 此时 field_name 和 field_value 被移动到了 map 中

💡 如果将值的引用插入哈希 map，这些值本身将不会被移动进哈希 map。但是这些引用指向的值必须至少在哈希 map 有效时也是有效的。此时就涉及到生命周期的内容。

访问 HashMap 中的值

可以通过 get 方法并提供对应的键来从哈希 map 中获取值：

use std::collections::HashMap;
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);

get 返回 Option<V>，所以结果被装进 Some；如果某个键在哈希 map 中没有对应的值，get 会返回 None。当获取到结果后，就需要使用到 match 进行匹配。

更新 HashMap

在更新前，我们需要考虑以下几种情况：

  • 已有 key-value，直接覆盖
  • 只在没有 key-value 时插入
  • 利用已有 key-value 来 更新

直接覆盖

insert() 方法：

use std::collections::HashMap;
let mut scores = HashMap::new();
scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Blue"), 25);
println!("{:?}", scores);

新插入

利用 entry() 函数返回的枚举值，调用 or_insert() 方法进行处理：

use std::collections::HashMap;
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);
println!("{:?}", scores);

💡 Entry 的 or_insert 方法在键对应的值存在时就返回这个值的可变引用，如果不存在则将参数作为新值插入并返回新值的可变引用。

更新旧值

or_insert 方法事实上会返回这个键的值的一个可变引用（&mut V）：

// 统计字符串中某个单词的出现次数
use std::collections::HashMap;
let text = "hello world wonderful world";
let mut map = HashMap::new();
for word in text.split_whitespace() {
    let count = map.entry(word).or_insert(0); // 之前不存在对应关系就初始化并置计数器为0
    *count += 1; // 每次计数器加一
}
println!("{:?}", map);

💡 这里我们将这个可变引用储存在 count 变量中，所以为了赋值必须首先使用星号（ * ）解引用 count。这个可变引用在 for 循环的结尾离开作用域，这样所有这些改变都是安全的并符合借用规则。

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