一、 编译和运行是单独的两步

  • 运行 Rust 程序之前必须先编译，命令为：rustc 源文件名 - rustc main.rs
  • 编译成功之后，会生成一个二进制文件 - 在 Windows 上还会生产一个 .pdb 文件 ，里面包含调试信息
  • Rust 是 ahead-of-time 编译的语言 - 可以先编译程序，然后把可执行文件交给别人运行（无需安装 Rust ）
  • rustc 只适合简单的 Rust 程序

二、Cargo

1. 简介

  • Cargo 是 Rust 的构建系统和包管理工具 - 它可以：构建代码、下载依赖的库、构建这些库…
  • 安装 Rust 的时候会自动把 Cargo 也安装上，不需要再另外安装
  • 检查是否安装成功：cargo --version

2.  使用 Cargo 创建项目

  • 创建项目命令：cargo new hello_cargo - 项目名称也是 hello_cargo，会创建一个新的目录 hello_cargo：Cargo.toml、src 目录（main.rs）、初始化了一个新的 Git 仓库（.gitignore - 可以使用其它的 VCS 或不使用 VCS：cargo new 的时候使用 --vcs 这个flag）

        VCS：版本控制系统（JvJv注）

3. Cargo.toml

  •  TOML（Tom's Obvious，Minimal Language）格式，是 Cargo 的配置文件的格式

rustdest黑屏_rustdest黑屏

  • [ package ]：是一个区域标题，表示下方内容是用来配置包（package）的
  1. name：项目名
  2. version：项目版本
  3. authors：项目作者
  4. edition：使用的 Rust 的版本
  • [ dependencies ]：另一个区域的开始，它下面会列出项目的依赖项
  • 在 Rust 中，代码的包称作 crate

4. src / main.rs

  •  cargo 生成的 main.rs 在 src 目录下
  • Cargo.toml 在项目顶层下
  • 顶层目录可放置：README、许可信息、配置文件和其它与程序源码无关的文件
  • 如果创建项目时没有使用 cargo，也可以按照以下步骤把项目转化为使用 cargo 的形式：
  1. 把源代码文件移动到 src 下
  2. 创建 Cargo.toml 并依次填写相应的配置

5. 构建 Cargo 项目：cargo build

  • 创建可执行文件：target / debug / hello_cargo 或 target \ debug \ hello_cargo.exe（Windows 下）
  • 运行可执行文件：./ target / debug / hello_cargo 或 .\ target \ debug \ hello_cargo.exe（Windows 下）
  • 第一次运行 cargo build 会在顶层目录生产 cargo.lock 文件
  1. 该文件负责追踪项目依赖的精确版本
  2. 不需要手动修改该文件

6. 构建并运行 Cargo 项目：cargo run

  • 它是：编译 + 执行
  • 如果之前编译成功过，且源码没有改变，那么就会直接运行二进制文件

rustdest黑屏_学习_02

7. 检查代码：cargo check

  • 检查代码，确保代码能通过编译，但不产生任何可执行文件
  • cargo check 要比 cargo build 快得多
  • 好处：编写代码的时候，可以连续、反复的使用 cargo check 检查代码，提高效率

8. 为发布构建

  • cargo build --release
  1. 编译时会进行优化
  2. 代码会运行的更快，但是编译时间更长
  3. 会在 target / release 而不是 target / debug 生成可执行文件
  • 两种配置
  1. 开发时
  2. 正式发布时

三、猜数游戏

1. 游戏目标

  • 生成一个 1 到 100 之间的随机数
  • 提示玩家输入一个猜测
  • 猜完之后，程序提示：太大了 or 太小了
  • 如果猜测正常，那么打印出一个庆祝信息，程序退出

2. 实现步骤，写代码

  1. 新建1个文件夹，打开，地址栏输入 cmd 进入命令行窗口
  2. 在命令行窗口中输入：cargo new guessing_game并回车，名为 guessing_game 的包就创建好了。
  3. 命令行继续输入：cd gue*
  4. 命令行继续输入：code . （通过VS Code打开项目）
  5. 在VS Code中，打开 main.rs 的文件，可以看到里面有几行默认代码。
  6. 在命令行中输入：cargo run
  7. 下面我们就开始在此文件内写代码：
use std::io;

fn main() {
    println!("来玩猜数游戏叭！");
    println!("请输入一个数：");

    let mut guess = String::new();
    io::stdin().read_line(&mut guess).expect("读取错误！");

    println!("你猜测的数字为：{}", guess);
}

rustdest黑屏_rust_03

  • use std::io; - 需要获取用户输入并打印用户输出，我们需要用到 io 这个库，而 io 这个库是在 std 这个标准库中。所以，我们使用 use 这个关键字进行预导入，类似于 Python 中的 import。
  • let mut guess: String = String::new- 用 let 创建一个字符串类型的变量 guess，要使它在后面是可修改的可变字符串，我们就要在中间再加一个 mut 关键字。等号后面的代码，表示将其初始化为空字符串。
  • io::stdin().read_line(&mut guess).expect("读取错误！"); - 这里使用标准库 io::stdin() 函数从标准输入读取一行字符串，并将其存储到之前定义的可变字符串变量 guess 中。&mut guess 表示传递 guess 的可变引用，以便可以将读取的字符串写入到它的内存地址中。expect 表示如果读取失败，程序将抛出一个错误信息 “读取错误！”。
  • println!("你猜测的数字为：{}", guess); - 这里就是看下中间的花括号，表示占位符，输出的时候就会被逗号后面的变量替换。如果有2个或者多个花括号，那么就会依次从左到右替换。

运行上面的代码，我们根据程序提示输入 18 这个数字，效果如下：

rustdest黑屏_学习_04

程序正常运行，没有问题，但只能猜一次数，没有完全达到我们的目的，所以我们继续完善上面的代码。

3. 生成随机数

        既然是猜数游戏，肯定少不了随机数这一环。相比其它语言，在 Rust 中生成随机数还是有点麻烦的。

  • 导入一个名为 rand 的库，如下图所示，我们在 Cargo.toml 这个文件中的 [ dependencies ] 下写 rand = "0.8" ，等号前面是我们要导入的库的名称，后面双引号中则是它的版本号。你可以随便指定哪个版本号，只要这个版本的库能满足你的需要，并且网上确实有发布过。

rustdest黑屏_rust_05

  • 我们回到 main.rs 文件中，写入如下几行代码：

rustdest黑屏_Rust_06

        红框中就是我们新增的代码，use rand::Rng; - 是 Rust 编程语言中的一个导入语句，它用于在代码中使用 rand crate 中的 Rng trait。Rust 是一种系统级编程语言，rand crate 是 Rust 社区中常用的生成随机数的库。

        Rng trait 提供了生成伪随机数的方法，可以用于各种随机性需求，如游戏中的随机地图生成、密码学中的密钥生成等。通过 use rand::Rng;，可以在代码中直接使用 Rng trait 中定义的方法来生成随机数。

        例如，可以使用 Rng trait 的 gen_range 方法来生成指定范围内的随机整数：

let mut rng = rand::thread_rng();

let random_number = rng.gen_range(1, 101);

        上述代码中，我们通过 rand::thread_rng() 函数创建了一个随机数生成器 rng，并使用其 gen_range 方法生成一个介于1 - 100之间的随机整数。注意：（1，101）是包括1，不包括101。

  • 通过上面的讲解，相信你应该不难看懂中间4行代码所代表的含义了。但是你可能会觉得图片中我写的代码好像很复杂？这是因为我装了一些关于 Rust 的插件，而这4行代码中的灰色内容是编译器自动帮我生成的，所以你在自己动手写的时候，只需要参照上面举例的2行代码即可。
  • 我使用的插件截图放在下面了，具体功能我就不细说了，你们可以在网上查一下。

rustdest黑屏_笔记_07

  • 生成随机数的代码写完了，我们来运行一下看看效果。首先我们打开编译器底部的终端，直接输入 cargo build 命令先构建一下，然后再输入 cargo run 来运行程序。

rustdest黑屏_Rust_08

  • 有的小伙伴可能误删了编辑器下方的页面，可以单击顶部菜单栏中的 “终端” 再新建一个终端页面出来，也可以直接按 Ctrl键 + Shift键 + ~键（ESC正下方的带小波浪号的那个键）。

4. 比大小

        前面我们已经实现了用户输入输出，和生成随机数，那么接下来我们就需要将用户输入的值和 rand 生成的随机数进行比较，如果两个等于，那么就打印 “You win!”，如果比随机数大，那么就打印 “Too big!”，如果比随机数小，就打印 “Too small!” 。

        这里先贴上代码，然后我们再一句句分析。

 

rustdest黑屏_rustdest黑屏_09

红框中第1行代码解析：

  1.  let guess:u32  - 声明一个名为 guess 的变量，并指定它的类型为 u32，即无符号32位整数。
  2. guess.trim()  - 对之前声明的 guess 变量进行方法调用。
  3.  trim()   - 方法用于去除字符串首尾的空白字符，返回一个新的字符串。
  4.  parse()   - 对上一步骤返回的字符串进行解析，将其转换为目标类型（在这里是 u32 ）。此处使用.parse()方法对字符串进行解析，将其转换为 u32 类型。
  5.  expect("Please enter a number!")   - 在解析过程中，如果字符串无法被正确解析为 u32 类型，会产生一个错误。.expect() 方法用于处理这个错误，并打印自定义的错误信息。在这里，如果解析失败，会输出 Please enter a number! 。

红框中第2行代码解析：

  1.  guess.cmp( &random_number )   - 这是一个方法调用，使用了 .cmp() 方法来比较 guess 和random_number 两个值。
  2. &random_number  - 通过使用&符号获取random_number的引用。这是因为.cmp()方法要求传递引用作为参数。
  3. { }  - 此处是match表达式的主体部分，包含了不同情况的模式匹配和对应的执行代码块。

红框中第3、4、5行代码解析： 

        这3行代码是在 Rust 中使用 match 语句对比较的结果进行模式匹配，并根据不同的情况执行相应的代码块。

1.  Ordering::Greater => println!("Too big!") - 当比较结果为 Ordering::Greater 时，也就是 guess 大于 random_number ，执行这个代码块并打印 "Too big!" 。

2.  Ordering::Equal => println!("You win!") - 当比较结果为 Ordering::Equal 时，也就是guess 等于 random_number，执行这个代码块并打印 "You win!" 。

3.  Ordering::Less => println!("Too small!") - 当比较结果为 Ordering::Less 时，也就是guess 小于 random_number，执行这个代码块并打印 "Too small!" 。 这里使用了 Ordering 枚举类型，它是 Rust 标准库中定义的一种表示比较结果的类型。通过使用 match 语句和模式匹配来处理不同的比较结果，可以根据情况执行相应的逻辑代码块。在这个例子中，根据猜测与随机数的大小关系，打印不同的提示信息以给出反馈。

5. 允许多次猜测

        为什么要允许用户多次猜测呢？因为大概率用户一次是猜不准随机数的，而且之前我们写的代码只能实现让用户猜一次，而且这一次不管猜大了还是猜小了，程序都会直接退出，不会给用户第二次机会，当再次运行程序时，随机数刷新，又是新的一轮了。

        所以，这第5小节，我们就来实现一下允许用户多次猜测，直到猜对后程序自动退出。

        多次，那么我们就需要写一个循环了，那 Rust 中循环怎么写呢？我们直接贴出写好的代码，大家先看一下。

rustdest黑屏_rust_10

        对照之前写的代码，我们只是将之前写的一段判断直接扔进了 loop{} 这个关键字后面的花括号里，这样就实现了循环了，是不是很简单？

        下面我们来运行一下这段修改后的代码：

rustdest黑屏_rust_11

         可以看到，当我们猜了很多次之后终于猜对了这个随机数，但是这个程序仍然让我们继续猜，这是不符合逻辑的，因为我们已经知道这轮的随机数是 31 了，所以这完全没有意义。因此，我们还需要对这段代码进行优化。

        怎么优化呢？是不是只要我们猜对了，程序打印了 You win！就可以直接退出了，而不是这样一直循环下去。然后我们还有一点不能忘记了，就是当用户如果输入的不是数字，而是别的内容，比如 abc、二十一这样的值，程序就会崩溃了。

        在之前我们写的代码中，用到了 parse() 这个关键字，它的作用是对上一步骤返回的字符串进行解析，将其转换为目标类型，这里是转换为 u32 类型，也就是无符号32位整数。但字母和汉字这些是不可能被转换的，所以此时程序就会崩溃。

        根据上面的分析与思考，我优化了一下代码，如下图：

rustdest黑屏_rustdest黑屏_12

        在第1个红框处，我删掉了之前的 expect，而是在外面套了一个 match ，它是 Rust中的控制流运算符，而 parse 的返回值是枚举类型，即：Ok 和 Err 。所以，我们可以通过 match 来分开执行结果是 Ok 下的情况，和 结果是 Err 下的情况。

        在这段实际代码中，它实现了当用户输入值转换成功时，程序正常运行，当用户输入值转换不成功时，程序跳过错误，继续执行。

        需要提一下的是，Err 后面括号中的下划线，是一个通配符，表示我们不关心里面的错误信息，忽略的意思。

        在第2个红框处，我们在 Equal 后面套了1个花括号，将打印 You win 的代码放了进去，然后再加了 break 关键字，表示当用户猜对了数字，程序打印了 You win 之后就自动退出了，这个和其他语言是一样的。

        至此，我们的猜数游戏就做完了。可能有很多小伙伴看到这里有些云里雾里，但不用担心哈，我们暂时只需要大概了解一下这些概念即可，后面会逐一细讲。

四、Rust 通用的编程概念

1. 变量与可变性

1.1 声明变量使用 let 关键字

举个🌰

rustdest黑屏_rustdest黑屏_13

        这里的 i32 是在我输入 let x = 5; 之后编译器自动添加进去的，它能自动推断出你声明的变量类型，这点我认为还是非常不错的。 

1.2 默认情况下，变量是不可变的（immutable）

举个🌰

rustdest黑屏_笔记_14

        当我们再给 x 赋值为 6 时，运行程序就会报一个 cannot assign twice to immutable variable

        如果我们在第一次声明 x 的时候就在它前面加一个 mut ，表示它是可变的，那么程序就不会报错了。

rustdest黑屏_rustdest黑屏_15

2. 常量

2.1 常量（constant），常量在绑定值以后是不可变的，它和变量的区别如下：

  • 不可以使用 mut 关键字来使它变成可变的，要记住：常量永远是不可变的
  • 声明常量应使用 const 关键字，它的类型必须被标注
  • 常量可以在任何作用域内进行声明，包括全局作用域
  • 常量只可以绑定到常量表达式，无法绑定到函数的调用结果或只能在运行时才能计算出的值

2.2 在程序运行期间，常量在其声明的作用域内一直有效

2.3 命名规范：Rust 里常量应使用全大写字母，名称较长时，每个单词之间应使用下划线分开，例如：MAX_POINTS

举个🌰

rustdest黑屏_rustdest黑屏_16

        可以看到，u32 的字体颜色是黄色，而不像之前我们声明变量的时候是灰色，这是因为声明常量的时候，编译器就不会再给你自动推断并补全数据类型了，你需要自己去指定，否则就会报错。

        还有一点是，我这里给 MAX_POINTS 这个常量赋的值是 10000，数字中间的下划线只是方便查看， 类似于 Excel 中的千分位字符。

        那这个下划线是必须每隔三位数才能给一个下划线吗？那倒也不是，这个你想放哪就放哪。现在我把这个下滑线换个位置，你看程序依然是正常运行的，并且正确地打印出了 10000。

rustdest黑屏_笔记_17

3. Shadowing（隐藏）

        在 Rust 中，可以使用相同的名字声明新的变量，新的变量就会 shadow（隐藏）之前的同名变量。

举个🌰

rustdest黑屏_学习_18

        可以看到，这个名为 x 的变量我用 let 关键字声明了2次，但程序并没有报错，而且 x 的值也是最后声明的那个同名变量的值为 6，这个就是 Shadowing。

        shadow 和把变量标记为 mut 是不一样的：如果不使用 let 关键字，那么重新给 非mut 的变量赋值会导致编译时报错。

        而使用 let 声明的同名新变量，也是不可变的。

        使用 let 声明的同名新变量，它的类型可以与之前不同。

举个🌰

rustdest黑屏_Rust_19

        这里我们用 let 关键字声明了一个变量 spaces 的值为 4个空格，编译器自动推断为 &str 类型。然后我们又给 spaces 声明为 上一个 spaces 的长度，编译器自动推断为 usize 类型。

        程序成功运行，并正确打印出了 4。可能 shadow 不好理解，你可以将这个概念理解为覆盖，意思就是如果程序中出现同名变量，总是以最新的赋值为准，而上一个同名的变量就会被覆盖掉。

4. 数据类型 - 标量类型

        一个标量类型代表一个单个的值。

        Rust 有4个主要的标量类型，分别是：整数类型、浮点类型、布尔类型、字符类型。

        Rust 是静态编译语言，在编译时必须知道所有变量的类型。基于使用的值，编译器通常能够推断出它的具体类型。

        但如果可能得类型比较多，例如将 String 转换为整数的 parse 方法，就必须提前添加标注，否则编译就会报错。

举个🌰

rustdest黑屏_笔记_20

         这里黄色的 u32 数据类型是我们自己写上去的，而不是编译器推断出来的，这样程序就能正常运行，并正确打印出来了 42这个结果。如果我们删掉指定的 u32，程序就会报错。

        原因是，"42" 这个值可以被转换成多种整数类型，比如 u32 i32 等等，编译器无法推断你想要转换的到底是哪一种，程序就会报错了。

5. 整数类型

        整数类型没有小数部分。

        例如 u32 就是一个无符号的整数类型，占据 32位的空间。

        无符号整数类型以 u 开头（可以把这个 u 想象成一个没有盖子的口袋，空的，就是无符号~）

        有符号的整数类型以 i 开头。

        Rust 的整数类型列表如下：

Length（长度）

Signed（有符号）

Unsigned（无符号）

8-bit

i8

u8

16-bit

i16

u16

32-bit

i32

u32

64-bit

i64

u64

128-bit

i128

u128

arch

isize

usize

        每种都分 i 和 u，以及固定的位数。

        有符号范围：-（2的n次方 - 1）~ 2的n次方 -1。

        无符号范围：0 ~ 2的n次方 -1。符号指的是负号，无符号即没有负号，只有正值部分。

isize 和 usize 类型：

        isize 和 usize 类型的位数由程序运行的计算机的架构所决定，如果是64位计算机，那就是64位的，……

        使用 isize 或 usize 的主要场景是对某种集合进行索引操作。

整数字面值

        下面表格里的下划线也是为了增强可读性。

Number Literals

Example

Decomal

98_222

Hex

0xff

Octal

0o77

Binary

0b1111_0000

Byte （u8 only）

b'A'

        除了 byte 类型外，所有数值字面值都允许使用类型后缀，例如：57u8

        如果你不太清楚应该使用哪种类型，可以使用 Rust 相应的默认类型。

        整数的默认类型就是 i32，总体上来说速度很快，即使在64位系统中。

整数溢出

         例如：u8 的范围是 0 ~ 255，如果你把一个 u8 变量的值设为 256，那么：

        - 调试模式下编译：Rust 会检查整数溢出，如果发生溢出，程序在运行时就会 panic

        - 发布模式下（--release）编译：Rust 不会检查可能导致 panic 的整数溢出，如果溢出发生，Rust 会执行“环绕”操作，即：256变成0，257变成1…… 但程序不会 panic。

6. 浮点类型 

        Rust 有两种基础的浮点类型，也就是含有小数部分的类型。

        f32，32位，单精度。

        f64，64位，双精度。

        Rust 的浮点类型使用了 IEEE-754 标准来表述。

        f64 是默认类型，因为在现代 CPU 上 f64 和 f32 的速度差不多，而且精度更高。

数值操作

        加减乘除余等。

 举个🌰

rustdest黑屏_学习_21

7. 布尔类型

        Rust 的布尔类型也有2个值：true 和 false 。

        一个字节大小。

        符号是 bool 。

 举个🌰

rustdest黑屏_笔记_22

8. 字符类型

         Rust 语言中 char 类型被用来描述语言中最基础的单个字符。

        字符类型的字面值使用单引号。

        占用 4字节 大小。

        是 Unicode 标量值，可以表示比 ASCII 多得多的字符内容，比如：拼音、中日韩文、零长度空白字符、emoji表情等（- U+0000 ~ U+D7FF，- U+E000 ~ U+10FFFF）

        但 Unicode 中并没有 “字符” 的概念，所以直觉上认为的字符也许与 Rust 中的概念并不相符。

举个🌰

rustdest黑屏_rustdest黑屏_23

9. 复合类型

        复合类型可以将多个值放在一个类型里。

        Rust 提供了两种基础的复合类型：元祖（Tuple）、数组。

9.1 元组（Tuple）

        Tuple 可以将多个类型的多个值放在一个类型里。

        Tuple 的长度是固定的，一旦声明就不能改变。

创建 Tuple

        在小括号里，将值用逗号分开。

        Tuple 中的每个位置都对应一个类型，Tuple 中各元素的类型不必相同。

举个🌰

rustdest黑屏_rustdest黑屏_24

         Tip：在创建元祖的时候，元祖里每个值的类型不用定义，输完等号后面具体的值之后，编译器会自动推断并补全。

获取 Tuple 的元素值

        可以使用模式匹配来解构（destructure）一个 Tuple 来获取元素的值。 

 举个🌰

rustdest黑屏_rustdest黑屏_25

访问 Tuple 的元素 

        在 Tuple 变量使用 点标记法，后接元素的索引号。 

 举个🌰

rustdest黑屏_rustdest黑屏_24

9.2 数组

        数组也可以将多个值放在一个类型里。

        数组中每个元素的类型必须相同。

        数组的长度也是固定的。

声明一个数组

        在中括号里，各值用逗号分开。 

 举个🌰

rustdest黑屏_学习_27

数组的用处

         如果想让你的数据存放在 stack（栈）上而不是 heap （堆）上，或者想保证有固定数量的元素，这时使用数组更有好处。

        数组没有 Vector 灵活（后面细讲）。

        Vector 和数组类似，它由标准库提供。

        Vector 的长度可以改变。

        如果你不确定应该用数组还是 Vector，那么估计你应该用 Vector。

JvJv注：

        Stack 即栈内存方式存储，数据先进后出（FILO），操作系统只需要分配栈顶空间。

        所在在 Stack 上存储的内容必须有已知的固定大小。

        编译时大小未知或运行时大小发生变化的数据必须存放在 heap 上。

        Heap 堆内存：

        把数据放入 heap 时，你会先请求一定数量的空间，操作系统会在 heap 找到一块足够大的空间，标记为在用，并返回一个指针，也就是这个空间的地址。这个过程叫做内存的分配，有时候叫分配。

        注意：把数据压入（push）Stack 上要比在 heap 上分配快得多，因为操作系统不需要寻找用来存储新数据的空间，那个位置永远是 stack 的顶端。

        stack 和 heap 如何访问数据比较：

        访问 heap 中的数据要比访问 stack 中的数据慢的多，因为需要先通过指针才能找到 heap 中的数据。

        对于现代处理器来说，因为存在多级缓存的缘故，如果指令在内存中多次跳转，速度就会大幅下降。

数组的类型

        数字的类型以这种形式表示：[ 类型; 长度 ] ，中间是个分号。

另一种声明数组的方法

        如果数组的每个元素值都相同，那么可以在中括号里指定初始值，然后是一个分号，最后是数组的长度。

        例如：let a = [3; 5]; 它就相当于：let a = [3, 3, 3, 3, 3]; 

访问数组的元素

        数组是 Stack 上分配的单个块的内存。

        可以使用索引来访问数组的元素。

        如果访问的索引超过了数组的范围，那么：编译会通过，但运行会报错（runtime 时会 panic）。Rust 不允许其继续访问相应地址的内存。

        比如，如果直接写一个显式的索引值，那么编译器会直接报错。但如果把索引值写的稍微 “绕”一点，那么编译器就不会直接报错，而是在运行时才会报错。

 举个🌰

rustdest黑屏_笔记_28

10. 结构体（struct）

        结构体与元组类似，区别在于结构体的每一部分可以是不同类型。

        结构体需要命名各部分数据以便能清楚的表明其值的意义。由于有了这些名字，使得结构体比元组更灵活，需要依赖顺序来指定或访问实例中的值。

如何定义？

        定义结构体需要使用 struct 关键字并为整个结构体提供一个名字。结构体的名字需要描述它组合的数据的意义。

        接着，在花括号中定义每一部分数据的名称以及字段类型。

        注意！结构体的名字要使用驼峰命名法（CamelCase name）。

rustdest黑屏_Rust_29

        定义结构体内部的字段类型时，因为还没有输入具体值，所以编译器不能自动推断出你想要的类型，这里你需要自己一个个输入。