rust学习-枚举和模式匹配

枚举

从ip地址入手学枚举
枚举的每个成员可以处理不同类型和数量的数据

初版

enum IpAddrKind {
    V4,
    V6,
}

struct IpAddr {
    kind: IpAddrKind,
    address: String,
}

let home = IpAddr {
    kind: IpAddrKind::V4,
    address: String::from("127.0.0.1"),
};

let loopback = IpAddr {
    kind: IpAddrKind::V6,
    address: String::from("::1"),
};

第二版

enum IpAddr {
    V4(String),
    V6(String),
}

// 直接将数据附加到枚举的每个成员上
let home = IpAddr::V4(String::from("127.0.0.1"));
let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1"));

第三版

使用枚举来存储两种不同 IP 地址的几种可能的选择

enum IpAddr {
    V4(u8, u8, u8, u8),
    V6(String),
}

let home = IpAddr::V4(127, 0, 0, 1);
let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1"));

第四版-标准库

可以将任意类型的数据放入枚举成员中，甚至枚举中放枚举
虽然标准库中包含一个 IpAddr 的定义，仍然可以创建和使用自己的定义而不会有冲突，因为并没有将标准库中的定义引入作用域

struct Ipv4Addr {
    // --snip--
}

struct Ipv6Addr {
    // --snip--
}

enum IpAddr {
    V4(Ipv4Addr),
    V6(Ipv6Addr),
}

其他示例

枚举实现
枚举是单独一个类型

enum Message {
    Quit, // 没有关联任何数据
    Move { x: i32, y: i32 }, // 包含一个匿名结构体
    Write(String),
    ChangeColor(i32, i32, i32),
}

结构体实现
结构体是各是各的类型

struct QuitMessage; // 类单元结构体
struct MoveMessage {
    x: i32,
    y: i32,
}
struct WriteMessage(String); // 元组结构体
struct ChangeColorMessage(i32, i32, i32); // 元组结构体

和结构体的相似点：在枚举上定义方法

impl Message {
    fn call(&self) {
        // 在这里定义方法体
    }
}

let m = Message::Write(String::from("hello"));
m.call();

Option枚举

标准库定义的枚举
它编码了一个非常普遍的场景，即一个值要么有值要么没值
空值是一个因为某种原因目前无效或缺失的值
Rust 没有空值功能
空值带来的问题：像一个非空值那样使用一个空值，出现错误

Rust的设计：一个可以编码存在或不存在概念的枚举
它被包含在 prelude 之中，不需要将其显式引入作用域
它的成员也可以不需要 Option:: 前缀来直接使用 Some 和 None

// 是泛型
//  意味着 Option 枚举的 Some 成员可以包含任意类型的数据
enum Option {
    Some(T),
    None,
}

let some_number = Some(5);
let some_string = Some("a string");
// 如果使用 None，需要告诉 Rust Option 是什么类型
// 编译器只通过 None 值无法推断出 Some 成员保存的值的类型
let absent_number: Option = None;

Option 为什么就比空值要好呢？
Option 和 T（这里 T 可以是任何类型）是不同的类型
编译器不允许像一个肯定有效的值那样使用 Option
当在 Rust 中拥有一个像 i8 这样类型的值时，编译器确保它总是有一个有效的值。可以自信使用而无需做空值检查。
只有当使用 Option（或者任何用到的类型）的时候需要担心可能没有值，而编译器会确保在使用值之前处理了为空的情况。
在对 Option 进行 T 的运算之前必须将其转换为 T，通常这能捕获到空值最常见的问题之一：假设某值不为空但实际上为空的情况

let x: i8 = 5;
let y: Option = Some(5);
let sum = x + y;

限制空值泛滥，增加 Rust 代码安全性

为了拥有一个可能为空的值，必须要显式的将其放入对应类型的 Option 中。当使用这个值时，必须明确地处理值为空的情况。
为了使用 Option 值，需要编写处理每个成员的代码。
想要一些代码只当拥有 Some(T) 值时运行，允许这些代码使用其中的 T。希望一些代码在值为 None 时运行，这些代码并没有一个可用的 T 值。

match 表达式就是这么一个处理枚举的控制流结构：
它会根据枚举的成员运行不同的代码，
这些代码可以使用匹配到的值中的数据

match 控制流运算符

将一个值与一系列的模式相比较，并根据相匹配的模式执行相应代码
模式可由字面量、变量、通配符和许多其他内容构成

示例

#[derive(Debug)] // 这样可以立刻看到州的名称
enum UsState {
    Alabama,
    Alaska,
    // --snip--
}

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter(UsState),
}

// 当 match 表达式执行时，它将结果值按顺序与每一个分支的模式相比较。
// 如果模式匹配了这个值，这个模式相关联的代码将被执行。如果模式并不匹配这个值，将继续执行下一个分支
fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 {
	// 在分支中运行多行代码，可以使用大括号
    match coin {
        Coin::Penny => {
            println!("Lucky penny!");
            1
        }
        Coin::Nickel => 5,
        Coin::Dime => 10,
        // 可以绑定匹配的模式的部分值。这也就是如何从枚举成员中提取值
        // 调用 value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska))，state 绑定的将会是值 UsState::Alaska
        Coin::Quarter(state) => {
            println!("State quarter from {:?}!", state);
            25
        }
    }
}

匹配 Option

fn plus_one(x: Option) -> Option {
    match x {
    	// 匹配是有穷的，如果下面二缺一，则编译不过，Rust 知道哪些模式被忘记了
        None => None,
        Some(i) => Some(i + 1),
    }
}

let five = Some(5);
let six = plus_one(five);         // 匹配Some(i) => Some(i + 1),
let none = plus_one(None)   // 匹配None => None

通配模式

想使用通配模式获取的值

let dice_roll = 9;
match dice_roll {
	// 对一些特定的值采取特殊操作，而对其他的值采取默认操作
    3 => add_fancy_hat(),
    7 => remove_fancy_hat(),
    // 通配模式满足了 match 必须被穷尽的要求
    other => move_player(other),  // 通配所有其他模式
    // 必须将通配分支放在最后，因为模式是按顺序匹配的。如果在通配分支后添加其他分支，则永远也不会被执行
}

fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}
fn move_player(num_spaces: u8) {}

_ 占位符

不想使用通配模式获取的值

let dice_roll = 9;
match dice_roll {
    3 => add_fancy_hat(),
    7 => remove_fancy_hat(),
    _ => reroll(),  // 占位
}

fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}
fn reroll() {}

可以使用单元值（空元组）作为 _ 分支的代码

let dice_roll = 9;
match dice_roll {
    3 => add_fancy_hat(),
    7 => remove_fancy_hat(),
    _ => (),
}

fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}

简单控制流

背景

let some_u8_value = Some(0u8);
match some_u8_value {
    Some(3) => println!("three"),
    _ => (),   // 如果只想处理 Some(3)，但是不处理其他的，则代码中太多冗余这种行
}

解决

失去 match 强制要求的穷尽性检

if let Some(3) = some_u8_value {
    println!("three");
}

// 如下两个示例等价
let mut count = 0;
match coin {
    Coin::Quarter(state) => println!("State quarter from {:?}!", state),
    _ => count += 1,
}

let mut count = 0;
if let Coin::Quarter(state) = coin {
    println!("State quarter from {:?}!", state);
} else {
    count += 1;
}

总结

当枚举值包含数据时，可以根据需要处理多少情况来选择使用 match 或 if let 来获取并使用。