Rust入坑指南：鳞次栉比
很久没有挖Rust的坑啦，今天来挖一些排列整齐的坑。没错，就是要介绍一些集合类型的数据类型。“鳞次栉比”这个标题是不是显得很有文化？
在Rust入坑指南：常规套路一文中我们已经介绍了一些基本数据类型了，它们都存储在栈中，今天我们重点介绍3种数据类型：string，vector和hash map。
String
String类型我们在之前的学习中已经有了较多的接触，但是没有进行过详细的介绍。有些有编程基础的同学可能不屑于学习String类型，毕竟它在所有编程语言中可以说是最常用的类型了，大家也都很熟悉了。对于有这种心理的同学，我想对他们说：我刚开始也是这样想的，直到后来我被编译器揍的满头包，才下定决心回来认真学习一下String类型。
Rust的字符串分为以下几种类型：
-
str：表示固定长度的字符串
-
String：表示可增长的字符串
-
CStr：表示由C分配，被Rust借用的字符串，一般用于和C语言交互
-
CString：表示由Rust分配并且可以传递给C语言的字符串
-
OsStr：表示和操作系统相关的字符串，主要为了兼容Windows
-
OsString：OsStr的可变版本
-
Path：表示路径
-
PathBuf：是Path的可变版本
本文我们重点讨论前两种，因为它们是开发过程中最常用的，也是比较容易混淆的。对于str，我们常见的是它的引用类型， &str 。如果你看过了Rust入坑指南：核心概念一文后，相信你已经了解了引用类型和Ownership的概念。也就是说String类型具有Ownership而&str没有。
在Rust中，String本质上是Vec，Vec是向量集合的关键字，我们在后面会介绍。String类型由三个部分组成，分别是：指向堆中字节序列的指针，记录堆中字节序列的长度和堆分配的容量。通过一段代码也许你很有更深的理解。
1fn main() {
2 let mut a = String::from("foo");
3 println!("{:p}", a.as_ptr());
4 println!("{:p}", &a);
5 assert_eq!(a.len(), 3);
6 a.reserve(10);
7 assert_eq!(a.capacity(), 13);
8}
在这段代码中我们可以看到，a.as_ptr()获取指针和&a获取的指针是不一样的。
这里我们解释一下，as_ptr获取到的指针是堆中字节序列的指针地址，而&a的地址是字符串变量在栈上的指针地址。另外，len()和capacity()方法得到的长度都是字节数量，而非字符数量。这里你可以自己动手试试中文字符的长度。
聊完了字符串的基本概念以后，相信你已经对Rust的字符串有了一个大概的认识。接下来我们就一起来看一看字符串的CRUD的方法吧。
创建字符串
话不多说，先来展示一下创建字符串的各种方法。
1fn main() {
2 let string: String = String::new();
3 let string: String = String::from("hello rust");
4 let string: String = String::with_capacity(10);
5 let str: &'static str = "Jackey";
6 let string: String = str.to_owned();
7 let string: String = str.to_string();
8}
我们比较常用的是前两种，下面介绍一下后面几个方法。with_capacity()是创建一个空字符串，参数表示在堆中分配的字节数。to_owned和to_string是演示了如何把&str类型转换成String类型。
修改字符串
Rust修改字符串的常用方法也有很多，例如在字符串后追加，连接两个字符串，更新字符串等。下面这段代码就展示了一些修改字符串的方法。
1fn main() {
2 let mut hello = String::from("Hello, ");
3 hello.push('J'); // 追加单个字符
4 hello.push_str("ackey! "); //追加字符串
5 println!("push: {}", hello);
6
7 hello.extend(['M', 'y', ' '].iter()); //追加多个字符，参数为迭代器
8 hello.extend("name".chars());
9 println!("extend: {}", hello);
10
11 hello.insert(0, 'h'); //类似于push，可以指定插入的位置
12 hello.insert(1, 'a');
13 hello.insert(2, '!');
14 hello.insert_str(0, "Haha");
15 println!("insert: {}", hello);
16
17 let left = "Hello, ".to_string();
18 let right = "World".to_string();
19 let result = left + &right;
20 println!("+: {}", result); //使用+连接字符串时，第二个必须为引用
21 let mut message = "rust".to_string(); //使用+=连接字符串时，字符串必须定义为可变
22 message += "!";
23 println!("+=: {}", message);
24
25 let s = String::from("foobar");
26 let s: String = s
27 .chars()
28 .enumerate()
29 .map(|(_i, c)| {c.to_uppercase().to_string()})
30 .collect();
31 println!("update chars: {}", s);
32
33 let s1 = String::from("hello");
34 let s2 = String::from("rust");
35 let s3 = format!("{}-{}", s1, s2);
36 println!("format: {}", s3);
37}
我们对上面的代码做一些补充的解释。
push和insert类似，带有_str的方法接收的参数是字符串，否则只能接收单个字符。insert可以指定插入的位置，而push只能在字符串末尾插入。
使用「+」连接字符串时，第一个参数是String类型，第二个则需要是引用类型&str。这类似于我们调用一个add方法，它的定义是这样的：
1fn add(self, s: &str) -> String {
所以，第一个参数的ownership转移到了函数中，又通过返回结果传递出来。也就是说，在使用了+操作符之后， left 已经没有ownership了。
字符串查找
在Rust中，字符串是不能根据位置来获取到指定字符的。也就是下面这段代码是编译不过的。
1let s1 = String::from("hello");
2let h = s1[0];
因为，Rust会认为这个0是指第一个字节，而Rust字符串中的字符可能占有多个字节（还记得前面我让你用中文字符实验代码吗？）所以，如果你单纯的想要获取一个字节，编译器不知道你是真的想要获取字节对应的数值，还是要获取那个字符。
我们在处理字符串时通常有以下方法：
1fn main() {
2 let hello = "Здравствуйте";
3 let s = &hello[0..4];
4 println!("{}", s);
5
6 let chars = hello.chars();
7 for c in chars {
8 println!("{}", c);
9 }
10
11 let bytes = hello.bytes();
12 for byte in bytes {
13 println!("{}", byte);
14 }
15
16 let get = hello.get(0..1);
17 let mut s = String::from("hello");
18 let get_mut = s.get_mut(3..5);
19
20 let message = String::from("hello-world");
21 let (left, right) = message.split_at(6);
22 println!("left: {}, right: {}", left, right);
23}
通常是使用字符切片，也可以使用chars方法获取到Chars迭代器，然后可以对每个字符进行单独处理。此外，使用get或get_mut方法也可以接收索引范围，返回指定的字符串切片。返回结果是Option类型，这是因为如果指定的索引返回不能返回完整字符，那么Rust就会返回None。这里也可以使用is_char_boundary方法来判断一个位置是否是非法边界。
最后，也可以使用split_at或split_at_mut方法来分割字符串。这要求分割的位置正好是字符边界位置，如果不是，程序就会崩溃。
删除字符串
Rust的标准库提供了一些删除字符串的方法，我们来演示一些：
1fn main() {
2 let mut hello = String::from("hello");
3 hello.remove(3);
4 println!("remove: {}", hello);
5 hello.pop();
6 println!("pop: {}", hello);
7 hello.truncate(1);
8 println!("truncate: {}", hello);
9 hello.clear();
10 println!("clear: {}", hello);
11}
结果如图：
rust06-2
remove方法用来删除字符串中的某个字符，其接收的参数是字符的起始位置，如果是不是某个字符的起始位置，会导致程序崩溃。
pop方法会弹出字符串末尾的字符，truncate方法是截取指定长度字符串，而clear方法则是用来清空字符串。
至此，关于Rust中的字符串的基本概念和CRUD我们都已经介绍完了，接下来我们再来看另一种集合类型Vector。
Vector
Vector是用来存储相同数据类型的多个数据一种数据类型。它的关键字是 Vec 。下面我们一起来看看向量的CRUD吧。
创建向量
1fn main() {
2 let v1: Vec = Vec::new();
3 let v2 = vec![1, 2, 3];
4}
上面这段代码演示了创建一个向量的两种方式，第一种是使用new函数来创建一个空的向量，由于没有添加元素，所以要显式的指定存储元素的类型。第二种是创建一个有初始值的向量集合，我们直接使用vec！宏，然后指定初始值即可，不需要指定向量中元素的数据类型，因为编译器可以自己推断出来。
更新向量
1fn main() {
2 let mut v = Vec::new();
3 v.push(1);
4 v.push(2);
5}
创建一个空的向量之后，如果我们想要增加元素，就可以直接使用push方法，向末尾追加元素。
删除向量
1fn main() {
2 let mut v = Vec::new();
3 v.push(1);
4 v.push(2);
5 v.push(3);
6
7 v.pop();
8 for i in &v {
9 println!("{}", i);
10 }
11}
删除单个元素可以使用pop方法，而要删除整个向量，只能像其他结构体一样，到其ownership失效。
读取向量元素
1fn main() {
2 let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];
3
4 let third: &i32 = &v[2];
5 println!("The third element is {}", third);
6
7 match v.get(2) {
8 Some(third) => println!("The third element is {}", third),
9 None => println!("There is no third element."),
10 }
11
12 let v = vec![100, 32, 57];
13 for i in &v {
14 println!("{}", i);
15 }
16}
当你需要读取单个指定元素时，有两种方法可以用，一种是使用 [] ，另一种是使用get方法。两种方法的区别是：第一种返回的是元素的类型，而get返回的是Option类型。如果你指定的位置越界了，那么使用第一种方法程序会直接崩溃，而使用第二种方法则会返回None。
此外，还可以通过遍历向量的形式来读取元素。如果想要存储不同类型的数据，我们可以借助枚举类型。
1fn main() {
2 enum SpreadsheetCell {
3 Int(i32),
4 Float(f64),
5 Text(String),
6 }
7
8 let row = vec![
9 SpreadsheetCell::Int(3),
10 SpreadsheetCell::Text(String::from("blue")),
11 SpreadsheetCell::Float(10.12),
12 ];
13}
HashMap
HashMap存储了KV结构的数据，各个Key必须是同一种类型，各个Value必须是同一种类型。由于HashMap是三种集合类型中使用最少的，所以在使用之前，需要手动引入进来
1use std::collections::HashMap;
创建HashMap
首先我们来了解一下如何创建一个新的Hash Map并增加元素。
1use std::collections::HashMap;
2fn main() {
3 let field_name = String::from("Favorite color");
4 let field_value = String::from("Blue");
5
6 let mut map = HashMap::new();
7 map.insert(field_name, field_value);
8}
注意，在使用insert方法时， field_name 和 field_value 都会失去所有权。那如何再使用它们呢？我们只能从Hash Map中再拿出来。
访问Hash Map的数据
1use std::collections::HashMap;
2fn main() {
3 let field_name = String::from("Favorite color");
4 let field_value = String::from("Blue");
5
6 let mut map = HashMap::new();
7 map.insert(field_name, field_value);
8
9 let favorite = String::from("Favorite color");
10 let color = map.get(&favorite);
11 match color {
12 Some(x) => println!("{}", x),
13 None => println!("None"),
14 }
15}
可以看到，我们使用get可以获取到指定Key的值，get方法返回的是Option类型，如果没有指定的Value，则会返回None。此外，也可以使用for循环来遍历Hash Map。
1use std::collections::HashMap;
2fn main() {
3 let mut scores = HashMap::new();
4
5 scores.insert(String::from("Blue"), 10);
6 scores.insert(String::from("Yellow"), 50);
7
8 for (key, value) in &scores {
9 println!("{}: {}", key, value);
10 }
11}
更新Hash Map
当我们向同一个Key insert值时，旧的值就会被覆盖。如果只想要在Key不存在时插入，则可以使用entry。
1use std::collections::HashMap;
2fn main() {
3 let mut scores = HashMap::new();
4 scores.insert(String::from("Blue"), 10);
5
6 scores.entry(String::from("Yellow")).or_insert(50);
7 scores.entry(String::from("Blue")).or_insert(50);
8
9 println!("{:?}", scores);
10}
总结
今天带大家一起挖了三个坑，string，vector和hash map，分别介绍了每种数据类型的CRUD。对string的介绍占了比较大的篇幅，因为它是最常用的数据类型之一。当然这部分的相关知识还有很多，欢迎大家和我一起学习交流。
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