[#]: subject: "Rust Basics Series #2: Using Variables and Constants in Rust Programs" [#]: via: "https://itsfoss.com/rust-variables/" [#]: author: "Pratham Patel https://itsfoss.com/author/pratham/" [#]: collector: "lkxed" [#]: translator: "Cubik65536" [#]: reviewer: "wxy" [#]: publisher: "wxy" [#]: url: "https://linux.cn/article-15771-1.html" Rust 基础系列 #2: 在 Rust 程序中使用变量和常量 ====== ![][0] > 推进你的 Rust 学习，熟悉 Rust 程序的变量和常量。 在 [该系列的第一章][2]中，我讲述了为什么 Rust 是一门越来越流行的编程语言。我还展示了如何 [在 Rust 中编写 Hello World 程序][2]。 让我们继续 Rust 之旅。在本文中，我将向你介绍 Rust 编程语言中的变量和常量。 此外，我还将讲解一个称为“遮蔽shadowing”的新编程概念。 ### Rust 变量的独特之处 在编程语言中，变量是指 _存储某些数据的内存地址的一个别名_ 。 对 Rust 语言来讲也是如此。但是 Rust 有一个独特的“特性”。每个你声明的变量都是 **默认 不可变的immutable** 。这意味着一旦给变量赋值，就不能再改变它的值。 这个决定是为了确保默认情况下，你不需要使用 自旋锁spin lock 或 互斥锁mutex 等特殊机制来引入多线程。Rust **会保证** 安全的并发。由于所有变量（默认情况下）都是不可变的，因此你不需要担心线程会无意中更改变量值。 这并不是在说 Rust 中的变量就像常量一样，因为它们确实不是常量。变量可以被显式地定义为可变的。这样的变量称为 **可变变量** 。 这是在 Rust 中声明变量的语法： ``` // 默认情况下不可变 // 初始化值是**唯一**的值 let variable_name = value; // 使用 'mut' 关键字定义可变变量 // 初始化值可以被改变 let mut variable_name = value; ``` > 🚧 尽管你可以改变可变变量的值，但你不能将另一种数据类型的值赋值给它。 > > 这意味着，如果你有一个可变的浮点型变量，你不能在后面将一个字符赋值给它。 ### Rust 数据类型概观 在上一篇文章中，你可能注意到了我提到 Rust 是一种强类型语言。但是在定义变量时，你不需要指定数据类型，而是使用一个通用的关键字 `let`。 Rust 编译器可以根据赋值给变量的值推断出变量的数据类型。但是如果你仍然希望明确指定数据类型并希望注释类型，那么可以这样做。以下是语法： ``` let variable_name: data_type = value; ``` 下面是 Rust 编程语言中一些常见的数据类型： - **整数类型**：分别用于有符号和无符号的 32 位整数的 `i32` 和 `u32` - **浮点类型**：分别用于 32 位和 64 位浮点数的 `f32` 和 `f64` - **布尔类型**：`bool` - **字符类型**：`char` 我会在下一篇文章中更详细地介绍 Rust 的数据类型。现在，这应该足够了。 > 🚧 Rust 并不支持隐式类型转换。因此，如果你将值 `8` 赋给一个浮点型变量，你将会遇到编译时错误。你应该赋的值是 `8.` 或 `8.0`。 Rust 还强制要求在读取存储在其中的值之前初始化变量。 ``` { // 该代码块不会被编译 let a; println!("{}", a); // 本行报错 // 读取一个**未初始化**变量的值是一个编译时错误 } { // 该代码块会被编译 let a; a = 128; println!("{}", a); // 本行不会报错 // 变量 'a' 有一个初始值 } ``` 如果你在不初始化的情况下声明一个变量，并在给它赋值之前使用它，Rust 编译器将会抛出一个 **编译时错误** 。 虽然错误很烦人，但在这种情况下，Rust 编译器强制你不要犯写代码时常见的错误之一：未初始化的变量。 ### Rust 编译器的错误信息 来写几个程序，你将 - 通过执行“正常”的任务来理解 Rust 的设计，这些任务实际上是内存相关问题的主要原因 - 阅读和理解 Rust 编译器的错误/警告信息 #### 测试变量的不可变性 让我们故意写一个试图修改不可变变量的程序，看看接下来会发生什么。 ``` fn main() { let mut a = 172; let b = 273; println!("a: {a}, b: {b}"); a = 380; b = 420; println!("a: {}, b: {}", a, b); } ``` 直到第 4 行看起来都是一个简单的程序。但是在第 7 行，变量 `b` —— 一个不可变变量 —— 的值被修改了。 注意打印 Rust 变量值的两种方法。在第 4 行，我将变量括在花括号中，以便打印它们的值。在第 8 行，我保持括号为空，并使用 C 的风格将变量作为参数。这两种方法都是有效的。（除了修改不可变变量的值，这个程序中的所有内容都是正确的。） 来编译一下！如果你按照上一章的步骤做了，你已经知道该怎么做了。 ``` $ rustc main.rs error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `b` --> main.rs:7:5 | 3 | let b = 273; | - | | | first assignment to `b` | help: consider making this binding mutable: `mut b` ... 7 | b = 420; | ^^^^^^^ cannot assign twice to immutable variable error: aborting due to previous error For more information about this error, try `rustc --explain E0384`. ``` > 📋 “binding” 一词是指变量名。但这只是一个简单的解释。 这很好的展示了 Rust 强大的错误检查和信息丰富的错误信息。第一行展示了阻止上述代码编译的错误信息： ``` error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable b ``` 这意味着，Rust 编译器注意到我试图给变量 `b` 重新赋值，但变量 `b` 是一个不可变变量。所以这就是导致这个错误的原因。 编译器甚至可以识别出错误发生的确切行和列号。 在显示 `first assignment to b` 的行下面，是提供帮助的行。因为我正在改变不可变变量 `b` 的值，所以我被告知使用 `mut` 关键字将变量 `b` 声明为可变变量。 > 🖥️ 自己实现一个修复来更好地理解手头的问题。 #### 使用未初始化的变量 现在，让我们看看当我们尝试读取未初始化变量的值时，Rust 编译器会做什么。 ``` fn main() { let a: i32; a = 123; println!("a: {a}"); let b: i32; println!("b: {b}"); b = 123; } ``` 这里，我有两个不可变变量 `a` 和 `b`，在声明时都没有初始化。变量 `a` 在其值被读取之前被赋予了一个值。但是变量 `b` 的值在被赋予初始值之前被读取了。 来编译一下，看看结果。 ``` $ rustc main.rs warning: value assigned to `b` is never read --> main.rs:8:5 | 8 | b = 123; | ^ | = help: maybe it is overwritten before being read? = note: `#[warn(unused_assignments)]` on by default error[E0381]: used binding `b` is possibly-uninitialized --> main.rs:7:19 | 6 | let b: i32; | - binding declared here but left uninitialized 7 | println!("b: {b}"); | ^ `b` used here but it is possibly-uninitialized | = note: this error originates in the macro `$crate::format_args_nl` which comes from the expansion of the macro `println` (in Nightly builds, run with -Z macro-backtrace for more info) error: aborting due to previous error; 1 warning emitted For more information about this error, try `rustc --explain E0381`. ``` 这里，Rust 编译器抛出了一个编译时错误和一个警告。警告说变量 `b` 的值从来没有被读取过。 但是这是荒谬的！变量 `b` 的值在第 7 行被访问了。但是仔细看；警告是关于第 8 行的。这很令人困惑；让我们暂时跳过这个警告，继续看错误。 这个错误信息说 `used binding b is possibly-uninitialized`。和之前的例子一样，Rust 编译器指出错误是由于尝试在第 7 行读取变量 `b` 的值而引起的。读取变量 `b` 的值是错误的原因是它的值没有初始化。在 Rust 编程语言中，这是非法的。因此编译时错误出现。 > 🖥️ 这个错误可以很容易地通过交换第 7 和第 8 行的代码来解决。试一下，看看错误是否消失了。 ### 示例程序：交换数字 现在你已经熟悉了常见的变量相关问题，让我们来看一个交换两个变量值的程序。 ``` fn main() { let mut a = 7186932; let mut b = 1276561; println!("a: {a}, b: {b}"); // 交换变量值 let temp = a; a = b; b = temp; println!("a: {}, b: {}", a, b); } ``` 我在这里声明了两个变量 `a` 和 `b`。这两个变量都是可变的，因为我希望在后面改变它们的值。我赋予了一些随机值。最初，我打印了这些变量的值。 然后，在第 8 行，我创建了一个名为 `temp` 的不可变变量，并将存储在 `a` 中的值赋给它。之所以这个变量是不可变的，是因为 `temp` 的值不会改变。 要交换值，我将变量 `b` 的值赋给变量 `a`，在下一行，我将 `temp` 的值（它包含 `a` 的值）赋给变量 `b`。现在值已经交换了，我打印了变量 `a` 和 `b` 的值。 在编译并执行上面的代码后，我得到了以下输出： ``` a: 7186932, b: 1276561 a: 1276561, b: 7186932 ``` 正如你所见，值已经交换了。完美。 ### 使用未使用的变量 当你声明了一些变量，打算在后面使用它们，但是还没有使用它们，然后编译你的 Rust 代码来检查一些东西时，Rust 编译器会警告你。 原因是显而易见的。不会被使用的变量占用了不必要的初始化时间（CPU 周期）和内存空间。如果不会被使用，为什么要在程序写上它呢？尽管编译器确实会优化这一点。但是它仍然是一个问题，因为它会以多余的代码的形式影响可读性。 但是，有的时候，你可能会面对这样的情况：创建一个变量与否不在你的控制之下。比如说，当一个函数返回多个值，而你只需要其中的一些值时。在这种情况下，你不能要求库维护者根据你的需要调整他们的函数。 所以，在这种情况下，你可以写一个以下划线开头的变量，Rust 编译器将不再显示这样的警告。如果你真的不需要使用存储在该未使用变量中的值，你可以简单地将其命名为 `_`（下划线），Rust 编译器也会忽略它！ 接下来的程序不仅不会生成任何输出，而且也不会生成任何警告和/或错误消息： ``` fn main() { let _unnecessary_var = 0; // 没有警告 let _ = 0.0; // 完全忽略 } ``` ### 算术运算 数学就是数学，Rust 并没有在这方面创新。你可以使用在其他编程语言（如 C、C++ 和/或 Java）中使用过的所有算术运算符。 包含可以在 Rust 编程语言中使用的所有运算符和它们的含义的完整列表可以在 [这里][3] 找到。 #### 示例程序：一个生锈的温度计 （LCTT 译注：这里的温度计“生锈”了是因为它是使用 Rust（生锈）编写的，原作者在这里玩了一个双关。） 接下来是一个典型的程序，它将华氏度转换为摄氏度，反之亦然。 ``` fn main() { let boiling_water_f: f64 = 212.0; let frozen_water_c: f64 = 0.0; let boiling_water_c = (boiling_water_f - 32.0) * (5.0 / 9.0); let frozen_water_f = (frozen_water_c * (9.0 / 5.0)) + 32.0; println!( "Water starts boiling at {}°C (or {}°F).", boiling_water_c, boiling_water_f ); println!( "Water starts freezing at {}°C (or {}°F).", frozen_water_c, frozen_water_f ); } ``` 没什么大不了的……华氏温度转换为摄氏温度，反之亦然。 正如你在这里看到的，由于 Rust 不允许自动类型转换，我不得不在整数 32、9 和 5 后放一个小数点。除此之外，这与你在 C、C++ 和/或 Java 中所做的类似。 作为练习，尝试编写一个程序，找出给定数中有多少位数字。 ### 常量 如果你有一些编程知识，你可能知道这意味着什么。常量是一种特殊类型的变量，它的值**永远不会改变**。_它保持不变_。 在 Rust 编程语言中，使用以下语法声明常量： ``` const CONSTANT_NAME: data_type = value; ``` 如你所见，声明常量的语法与我们在 Rust 中看到的变量声明非常相似。但是有两个不同之处： - 常量的名字需要像 `SCREAMING_SNAKE_CASE` 这样。所有的大写字母和单词之间用下划线分隔。 - 常量的数据类型**必须**被显性定义。 #### 变量与常量的对比 你可能在想，既然变量默认是不可变的，为什么语言还要包含常量呢？ 接下来这个表格应该可以帮助你消除疑虑。（如果你好奇并且想更好地理解这些区别，你可以看看[我的博客][4]，它详细地展示了这些区别。） ![一个展示 Rust 编程语言中变量和常量之间区别的表格][5] #### 使用常量的示例程序：计算圆的面积 这是一个很直接的关于 Rust 中常量的简单程序。它计算圆的面积和周长。 ``` fn main() { const PI: f64 = 3.14; let radius: f64 = 50.0; let circle_area = PI * (radius * radius); let circle_perimeter = 2.0 * PI * radius; println!("有一个周长为 {radius} 厘米的圆"); println!("它的面积是 {} 平方厘米", circle_area); println!( "以及它的周长是 {} 厘米", circle_perimeter ); } ``` 如果运行代码，将产生以下输出： ``` 有一个周长为 50 厘米的圆 它的面积是 7850 平方厘米 以及它的周长是 314 厘米 ``` ### Rust 中的变量遮蔽 如果你是一个 C++ 程序员，你可能已经知道我在说什么了。当程序员**声明**一个与已经声明的变量同名的新变量时，这就是变量遮蔽。 与 C++ 不同，Rust 允许你在同一作用域中执行变量遮蔽！ > 💡 当程序员遮蔽一个已经存在的变量时，新变量会被分配一个新的内存地址，但是使用与现有变量相同的名称引用。 来看看它在 Rust 中是如何工作的。 ``` fn main() { let a = 108; println!("a 的地址: {:p}, a 的值 {a}", &a); let a = 56; println!("a 的地址: {:p}, a 的值: {a} // 遮蔽后", &a); let mut b = 82; println!("\nb 的地址: {:p}, b 的值: {b}", &b); let mut b = 120; println!("b的地址: {:p}, b的值: {b} // 遮蔽后", &b); let mut c = 18; println!("\nc 的地址: {:p}, c的值: {c}", &c); c = 29; println!("c 的地址: {:p}, c的值: {c} // 遮蔽后", &c); } ``` `println` 语句中花括号内的 `:p` 与 C 中的 `%p` 类似。它指定值的格式为内存地址（指针）。 我在这里使用了 3 个变量。变量 `a` 是不可变的，并且在第 4 行被遮蔽。变量 `b` 是可变的，并且在第 9 行也被遮蔽。变量 `c` 是可变的，但是在第 14 行，只有它的值被改变了。它没有被遮蔽。 现在，让我们看看输出。 ``` a 的地址: 0x7ffe954bf614, a 的值 108 a 的地址: 0x7ffe954bf674, a 的值: 56 // 遮蔽后 b 的地址: 0x7ffe954bf6d4, b 的值: 82 b 的地址: 0x7ffe954bf734, b 的值: 120 // 遮蔽后 c 的地址: 0x7ffe954bf734, c 的值: 18 c 的地址: 0x7ffe954bf734, c 的值: 29 // 遮蔽后 ``` 来看看输出，你会发现不仅所有三个变量的值都改变了，而且被遮蔽的变量的地址也不同（检查十六进制的最后几个字符）。 变量 `a` 和 `b` 的内存地址改变了。这意味着变量的可变性或不可变性并不是遮蔽变量的限制。 ### 总结 本文介绍了 Rust 编程语言中的变量和常量。还介绍了算术运算。 做个总结： - Rust 中的变量默认是不可变的，但是可以引入可变性。 - 程序员需要显式地指定变量的可变性。 - 常量总是不可变的，无论如何都需要类型注释。 - 变量遮蔽是指使用与现有变量相同的名称声明一个 _新_ 变量。 很好！我相信和 Rust 一起的进展不错。在下一章中，我将讨论 Rust 中的数据类型。敬请关注。 与此同时，如果你有任何问题，请告诉我。 *（题图：MJ/7c5366b8-f926-487e-9153-0a877145ca5）* -------------------------------------------------------------------------------- via: https://itsfoss.com/rust-variables/ 作者：[Pratham Patel][a] 选题：[lkxed][b] 译者：[Cubik](https://github.com/Cubik65536) 校对：[wxy](https://github.com/wxy) 本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出 [a]: https://itsfoss.com/author/pratham/ [b]: https://github.com/lkxed/ [1]: https://itsfoss.com/content/images/2023/03/linux-mega-packt.webp [2]: https://linux.cn/article-15709-1.html [3]: https://doc.rust-lang.org/book/appendix-02-operators.html?ref=itsfoss.com#operators [4]: https://blog.thefossguy.com/posts/immutable-vars-vs-constants-rs.md?ref=itsfoss.com [5]: https://itsfoss.com/content/images/2023/02/image.png [0]: https://img.linux.net.cn/data/attachment/album/202305/01/144948gp13zdindx50ll0p.png