Rust 基础系列 #2: 在 Rust 程序中使用变量和常量-Linuxeden开源社区

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。

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，它详细地展示了这些区别。）

Rust 基础系列 #2: 在 Rust 程序中使用变量和常量

一个展示 Rust 编程语言中变量和常量之间区别的表格

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 选题：lkxed 译者：Cubik 校对：wxy

本文由 LCTT 原创编译，Linux中国荣誉推出

转自软件开发|Rust 基础系列 #2: 在 Rust 程序中使用变量和常量 (linux.cn)