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在 該系列的第一章中，我講述了為什么 Rust 是一門越來越流行的編程語言。我還展示了如何 在 Rust 中編寫 Hello World 程序。
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讓我們繼續(xù) Rust 之旅。在本文中，我將向你介紹 Rust 編程語言中的變量和常量。
此外，我還將講解一個稱為“遮蔽shadowing”的新編程概念。
Rust 變量的獨特之處
在編程語言中，變量是指 存儲某些數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址的一個別名 。
對 Rust 語言來講也是如此。但是 Rust 有一個獨特的“特性”。每個你聲明的變量都是 默認(rèn) 不可變的immutable 。這意味著一旦給變量賦值，就不能再改變它的值。
這個決定是為了確保默認(rèn)情況下，你不需要使用 自旋鎖spin lock 或 互斥鎖mutex 等特殊機(jī)制來引入多線程。Rust 會保證 安全的并發(fā)。由于所有變量（默認(rèn)情況下）都是不可變的，因此你不需要擔(dān)心線程會無意中更改變量值。
這并不是在說 Rust 中的變量就像常量一樣，因為它們確實不是常量。變量可以被顯式地定義為可變的。這樣的變量稱為 可變變量 。
這是在 Rust 中聲明變量的語法：
// 默認(rèn)情況下不可變
// 初始化值是**唯一**的值
let variable_name = value;
// 使用 'mut' 關(guān)鍵字定義可變變量
// 初始化值可以被改變
let mut variable_name = value;盡管你可以改變可變變量的值，但你不能將另一種數(shù)據(jù)類型的值賦值給它。
這意味著，如果你有一個可變的浮點型變量，你不能在后面將一個字符賦值給它。
Rust 數(shù)據(jù)類型概觀
在上一篇文章中，你可能注意到了我提到 Rust 是一種強(qiáng)類型語言。但是在定義變量時，你不需要指定數(shù)據(jù)類型，而是使用一個通用的關(guān)鍵字 let。
Rust 編譯器可以根據(jù)賦值給變量的值推斷出變量的數(shù)據(jù)類型。但是如果你仍然希望明確指定數(shù)據(jù)類型并希望注釋類型，那么可以這樣做。以下是語法：
let variable_name: data_type = value;下面是 Rust 編程語言中一些常見的數(shù)據(jù)類型：
- 整數(shù)類型：分別用于有符號和無符號的 32 位整數(shù)的
i32和u32 - 浮點類型：分別用于 32 位和 64 位浮點數(shù)的
f32和f64 - 布爾類型：
bool - 字符類型：
char
我會在下一篇文章中更詳細(xì)地介紹 Rust 的數(shù)據(jù)類型?，F(xiàn)在，這應(yīng)該足夠了。
Rust 并不支持隱式類型轉(zhuǎn)換。因此，如果你將值
8賦給一個浮點型變量，你將會遇到編譯時錯誤。你應(yīng)該賦的值是8.或8.0。
Rust 還強(qiáng)制要求在讀取存儲在其中的值之前初始化變量。
{ // 該代碼塊不會被編譯
let a;
println!("{}", a); // 本行報錯
// 讀取一個**未初始化**變量的值是一個編譯時錯誤
}
{ // 該代碼塊會被編譯
let a;
a = 128;
println!("{}", a); // 本行不會報錯
// 變量 'a' 有一個初始值
}如果你在不初始化的情況下聲明一個變量，并在給它賦值之前使用它，Rust 編譯器將會拋出一個 編譯時錯誤 。
雖然錯誤很煩人，但在這種情況下，Rust 編譯器強(qiáng)制你不要犯寫代碼時常見的錯誤之一：未初始化的變量。
Rust 編譯器的錯誤信息
來寫幾個程序，你將
- 通過執(zhí)行“正?！钡娜蝿?wù)來理解 Rust 的設(shè)計，這些任務(wù)實際上是內(nèi)存相關(guān)問題的主要原因
- 閱讀和理解 Rust 編譯器的錯誤/警告信息
測試變量的不可變性
讓我們故意寫一個試圖修改不可變變量的程序，看看接下來會發(fā)生什么。
fn main() {
let mut a = 172;
let b = 273;
println!("a: {a}, b: ");
a = 380;
b = 420;
println!("a: {}, b: {}", a, b);
}直到第 4 行看起來都是一個簡單的程序。但是在第 7 行，變量 b —— 一個不可變變量 —— 的值被修改了。
注意打印 Rust 變量值的兩種方法。在第 4 行，我將變量括在花括號中，以便打印它們的值。在第 8 行，我保持括號為空，并使用 C 的風(fēng)格將變量作為參數(shù)。這兩種方法都是有效的。（除了修改不可變變量的值，這個程序中的所有內(nèi)容都是正確的。）
來編譯一下！如果你按照上一章的步驟做了，你已經(jīng)知道該怎么做了。
$ 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” 一詞是指變量名。但這只是一個簡單的解釋。
這很好的展示了 Rust 強(qiáng)大的錯誤檢查和信息豐富的錯誤信息。第一行展示了阻止上述代碼編譯的錯誤信息：
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable b這意味著，Rust 編譯器注意到我試圖給變量 b 重新賦值，但變量 b 是一個不可變變量。所以這就是導(dǎo)致這個錯誤的原因。
編譯器甚至可以識別出錯誤發(fā)生的確切行和列號。
在顯示 first assignment to b 的行下面，是提供幫助的行。因為我正在改變不可變變量 b 的值，所以我被告知使用 mut 關(guān)鍵字將變量 b 聲明為可變變量。
? 自己實現(xiàn)一個修復(fù)來更好地理解手頭的問題。
使用未初始化的變量
現(xiàn)在，讓我們看看當(dāng)我們嘗試讀取未初始化變量的值時，Rust 編譯器會做什么。
fn main() {
let a: i32;
a = 123;
println!("a: {a}");
let b: i32;
println!("b: ");
b = 123;
}這里，我有兩個不可變變量 a 和 b，在聲明時都沒有初始化。變量 a 在其值被讀取之前被賦予了一個值。但是變量 b 的值在被賦予初始值之前被讀取了。
來編譯一下，看看結(jié)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` 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`.這里，Rust 編譯器拋出了一個編譯時錯誤和一個警告。警告說變量 b 的值從來沒有被讀取過。
但是這是荒謬的！變量 b 的值在第 7 行被訪問了。但是仔細(xì)看；警告是關(guān)于第 8 行的。這很令人困惑；讓我們暫時跳過這個警告，繼續(xù)看錯誤。
這個錯誤信息說 used binding b is possibly-uninitialized。和之前的例子一樣，Rust 編譯器指出錯誤是由于嘗試在第 7 行讀取變量 b 的值而引起的。讀取變量 b 的值是錯誤的原因是它的值沒有初始化。在 Rust 編程語言中，這是非法的。因此編譯時錯誤出現(xiàn)。
? 這個錯誤可以很容易地通過交換第 7 和第 8 行的代碼來解決。試一下，看看錯誤是否消失了。
示例程序：交換數(shù)字
現(xiàn)在你已經(jīng)熟悉了常見的變量相關(guān)問題，讓我們來看一個交換兩個變量值的程序。
fn main() {
let mut a = 7186932;
let mut b = 1276561;
println!("a: {a}, b: ");
// 交換變量值
let temp = a;
a = b;
b = temp;
println!("a: {}, b: {}", a, b);
}我在這里聲明了兩個變量 a 和 b。這兩個變量都是可變的，因為我希望在后面改變它們的值。我賦予了一些隨機(jī)值。最初，我打印了這些變量的值。
然后，在第 8 行，我創(chuàng)建了一個名為 temp 的不可變變量，并將存儲在 a 中的值賦給它。之所以這個變量是不可變的，是因為 temp 的值不會改變。
要交換值，我將變量 b 的值賦給變量 a，在下一行，我將 temp 的值（它包含 a 的值）賦給變量 b?，F(xiàn)在值已經(jīng)交換了，我打印了變量 a 和 b 的值。
在編譯并執(zhí)行上面的代碼后，我得到了以下輸出：
a: 7186932, b: 1276561
a: 1276561, b: 7186932正如你所見，值已經(jīng)交換了。完美。
使用未使用的變量
當(dāng)你聲明了一些變量，打算在后面使用它們，但是還沒有使用它們，然后編譯你的 Rust 代碼來檢查一些東西時，Rust 編譯器會警告你。
原因是顯而易見的。不會被使用的變量占用了不必要的初始化時間（CPU 周期）和內(nèi)存空間。如果不會被使用，為什么要在程序?qū)懮纤?？盡管編譯器確實會優(yōu)化這一點。但是它仍然是一個問題，因為它會以多余的代碼的形式影響可讀性。
但是，有的時候，你可能會面對這樣的情況：創(chuàng)建一個變量與否不在你的控制之下。比如說，當(dāng)一個函數(shù)返回多個值，而你只需要其中的一些值時。在這種情況下，你不能要求庫維護(hù)者根據(jù)你的需要調(diào)整他們的函數(shù)。
所以，在這種情況下，你可以寫一個以下劃線開頭的變量，Rust 編譯器將不再顯示這樣的警告。如果你真的不需要使用存儲在該未使用變量中的值，你可以簡單地將其命名為 _（下劃線），Rust 編譯器也會忽略它！
接下來的程序不僅不會生成任何輸出，而且也不會生成任何警告和/或錯誤消息：
fn main() {
let _unnecessary_var = 0; // 沒有警告
let _ = 0.0; // 完全忽略
}算術(shù)運算
數(shù)學(xué)就是數(shù)學(xué)，Rust 并沒有在這方面創(chuàng)新。你可以使用在其他編程語言（如 C、C++ 和/或 Java）中使用過的所有算術(shù)運算符。
包含可以在 Rust 編程語言中使用的所有運算符和它們的含義的完整列表可以在 這里 找到。
示例程序：一個生銹的溫度計
（LCTT 譯注：這里的溫度計“生銹”了是因為它是使用 Rust（生銹）編寫的，原作者在這里玩了一個雙關(guān)。）
接下來是一個典型的程序，它將華氏度轉(zhuǎn)換為攝氏度，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
);
}沒什么大不了的……華氏溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度，反之亦然。
正如你在這里看到的，由于 Rust 不允許自動類型轉(zhuǎn)換，我不得不在整數(shù) 32、9 和 5 后放一個小數(shù)點。除此之外，這與你在 C、C++ 和/或 Java 中所做的類似。
作為練習(xí)，嘗試編寫一個程序，找出給定數(shù)中有多少位數(shù)字。
常量
如果你有一些編程知識，你可能知道這意味著什么。常量是一種特殊類型的變量，它的值永遠(yuǎn)不會改變。它保持不變。
在 Rust 編程語言中，使用以下語法聲明常量：
const CONSTANT_NAME: data_type = value;如你所見，聲明常量的語法與我們在 Rust 中看到的變量聲明非常相似。但是有兩個不同之處：
- 常量的名字需要像
SCREAMING_SNAKE_CASE這樣。所有的大寫字母和單詞之間用下劃線分隔。 - 常量的數(shù)據(jù)類型必須被顯性定義。
變量與常量的對比
你可能在想，既然變量默認(rèn)是不可變的，為什么語言還要包含常量呢？
接下來這個表格應(yīng)該可以幫助你消除疑慮。（如果你好奇并且想更好地理解這些區(qū)別，你可以看看我的博客，它詳細(xì)地展示了這些區(qū)別。）
一個展示 Rust 編程語言中變量和常量之間區(qū)別的表格
使用常量的示例程序：計算圓的面積
這是一個很直接的關(guān)于 Rust 中常量的簡單程序。它計算圓的面積和周長。
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!("有一個周長為 {radius} 厘米的圓");
println!("它的面積是 {} 平方厘米", circle_area);
println!(
"以及它的周長是 {} 厘米",
circle_perimeter
);
}如果運行代碼，將產(chǎn)生以下輸出：
有一個周長為 50 厘米的圓
它的面積是 7850 平方厘米
以及它的周長是 314 厘米Rust 中的變量遮蔽
如果你是一個 C++ 程序員，你可能已經(jīng)知道我在說什么了。當(dāng)程序員聲明一個與已經(jīng)聲明的變量同名的新變量時，這就是變量遮蔽。
與 C++ 不同，Rust 允許你在同一作用域中執(zhí)行變量遮蔽！
當(dāng)程序員遮蔽一個已經(jīng)存在的變量時，新變量會被分配一個新的內(nèi)存地址，但是使用與現(xiàn)有變量相同的名稱引用。
來看看它在 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);
let mut b = 120;
println!("b的地址: {:p}, b的值: // 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 語句中花括號內(nèi)的 :p 與 C 中的 %p 類似。它指定值的格式為內(nèi)存地址（指針）。
我在這里使用了 3 個變量。變量 a 是不可變的，并且在第 4 行被遮蔽。變量 b 是可變的，并且在第 9 行也被遮蔽。變量 c 是可變的，但是在第 14 行，只有它的值被改變了。它沒有被遮蔽。
現(xiàn)在，讓我們看看輸出。
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 // 遮蔽后來看看輸出，你會發(fā)現(xiàn)不僅所有三個變量的值都改變了，而且被遮蔽的變量的地址也不同（檢查十六進(jìn)制的最后幾個字符）。
變量 a 和 b 的內(nèi)存地址改變了。這意味著變量的可變性或不可變性并不是遮蔽變量的限制。
總結(jié)
本文介紹了 Rust 編程語言中的變量和常量。還介紹了算術(shù)運算。
做個總結(jié)：
- Rust 中的變量默認(rèn)是不可變的，但是可以引入可變性。
- 程序員需要顯式地指定變量的可變性。
- 常量總是不可變的，無論如何都需要類型注釋。
- 變量遮蔽是指使用與現(xiàn)有變量相同的名稱聲明一個 新 變量。
很好！我相信和 Rust 一起的進(jìn)展不錯。在下一章中，我將討論 Rust 中的數(shù)據(jù)類型。敬請關(guān)注。
與此同時，如果你有任何問題，請告訴我。
（題圖：MJ/7c5366b8-f926-487e-9153-0a877145ca5）
分享文章：Rust 基礎(chǔ)系列 #2: 在 Rust 程序中使用變量和常量
瀏覽地址：http://www.dlmjj.cn/article/dpigsgi.html
