Rust学习日记（二）变量的使用--结合--温度换算/斐波那契数列--实例

前言：
这是一个系列的学习笔记，会将笔者学习Rust语言的心得记录。
当然，这并非是流水账似的记录，而是结合实际程序项目的记录，如果你也对Rust感兴趣，那么我们可以一起交流探讨，使用Rust来构建程序。

注：本文中使用Rust都是在windows环境下，如果是macOS或者linux，其指令或有不同，请注意。

系列第一篇：Rust学习日记（一）Cargo的使用

概述：

这是Rust学习笔记的第二篇，主要说一下Rust中的变量，本文将结合两个实例来说明，这两个实例分别是：
1、在华氏度和摄氏度之间转换温度
2、生成指定个数（n）的斐波那契数列
如果你看过rust的官方手册，那你会熟悉，这两个例子事实上就是官方留的“课后习题”

在进入实例之前，还是要先来简单看看变量的使用。

变量的申明

1、关键词let
在rust中，申明变量的关键词就是let。如果你使用过其他语言，那么你可能对rust的变量申明有疑问，为什么用let？
我觉得不用纠结，这就是一个定义，使用什么单词来作为关键词并不重要，重要的是，这个关键词的作用。

fn main() {
    let x=5;
    println!("x is {x}");
}

上面的示例程序段，是在主函数中创建了变量x，并打印，在终端输入cargo run，输出如下：

PS D:\008 rustpro\var> cargo run
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.02s
     Running `target\debug\var.exe`
x is 5

2、变量的可变与不可变
变量，顾名思义，就是可变化的量，不可变的是变量吗？不可变的应该是常量吧？
在rust中，默认情况下，变量是不可变的。
这是rust的设计，它的目的，当然是为了安全。“安全”是贯穿rust整个体系的，后面会有更多更复杂更高级的功能，都会和它有关。

fn main() {
    let x=5;
    println!("x is {x}");
    x=x+1;
    println!("x is {x}");
}

对前面的函数稍作修改，给变量x再次赋值，再看输出：

PS D:\008 rustpro\var> cargo run
   Compiling var v0.1.0 (D:\008 rustpro\var)
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `x`
 --> src\main.rs:4:5
  |
2 |     let x=5;
  |         -
  |         |
  |         first assignment to `x`
  |         help: consider making this binding mutable: `mut x`
3 |     println!("x is {x}");
4 |     x=x+1;
  |     ^^^^^ cannot assign twice to immutable variable

For more information about this error, try `rustc --explain E0384`.
error: could not compile `var` (bin "var") due to previous error

错误提示，cannot assign twice to immutable variable，不能给“immutable variable”分配两次，什么叫immutable variable？就是不可变变量。
所以，现在你就知道，rust是比较奇葩的了。
但是，这就是rust的设计，如果你定义变量的时候，只是简单的let x=5；那么这个x是不可变的。那如果要可变呢：

let mut x=5；

再加一个关键词mut，mut其实就是mutable的简写，可变的。

fn main() {
    let mut x=5;
    println!("x is {x}");
    x=x+1;
    println!("x is {x}");
}

cargo run：

PS D:\008 rustpro\var> cargo run
   Compiling var v0.1.0 (D:\008 rustpro\var)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.43s
     Running `target\debug\var.exe`
x is 5
x is 6

可以发现，“变量x”的值可以多次分配，也就是真正的可变了。
看到这里你发现什么？
你会发现，在rust里，你对一个对象，比如变量的定义，必须要十分清楚，可变就可变，不可变就不可变，
这样一来，rust编译器就能非常清楚地知道，你定义这个变量的目的，它会编译过程对你的意图全程跟踪，
不可变变量如果不小心让它变化，编译器就会报错，提示你，对你来说，这就是安全。
你不用等程序都运行了，然后偶尔崩溃了一次，然后去找bug，找来找去无论怎么编译就是没问题，但一运行就报错，这是令人崩溃的。

你已经了解到rust中变量的奇葩性了，我们接着再看几个，然后再进入实例。

3、常量
rust中常量用const来申明，这个const应该是比较熟悉的单词了，很多编程语言申明常量都是用它吧。
const也就是Constants的简写。
看一下申明的格式吧：

const C_1=5；

如果你真的这么写，cargo check一下，会报错：

PS D:\008 rustpro\var> cargo check
    Checking var v0.1.0 (D:\008 rustpro\var)
error: missing type for `const` item
 --> src\main.rs:6:14
  |
6 |     const C_1=5;
  |              ^ help: provide a type for the constant: `: i32`

error: could not compile `var` (bin "var") due to previous error

rust编译器提示你，需要给常量提供一个数据类型，并且给了你一个选项：i32。
rust中的数据类型----整数型：

关于数据类型，其实我认为不用多说，照着手册看看了解一下即可，因为一般来说，对编程有所了解的，对数据类型一般都不陌生，可以说，几乎所有语言中的数据类型，都大同小异。
常见的比如说整数、浮点数、布尔量、字符串等，还有一些复杂的，比如结构体（复合体）、数组、列表、元组等。

我们接着说常量，上面说这样写const C_1=5；会报错，原因是未给常量提供数据类型，所以我们应该这么来申明常量

const C_1:i32=5；

rust就是这样，它要求你明确，哪怕是常量，它不会为你隐式转换，它要求你定义常量时，明确常量的数据类型。
到此，你会发现，rust似乎很“麻烦”，这也要明确，那也要明确，为什么不能像其他语言一样，直接a=5；或者const a=5；
我只能说，rust它就是这样一门语言，如果你对此实在不能接受，那么放弃是好的，如果无所谓，那么就按照rust的规则，暂时先走下去。

4、变量的覆盖
我们在本文前面说过，rust中的变量有可变和不可变的区别，直接申明变量，默认不可变，如果要可变，需加关键词mut。
但现在我们来看另一种使用：

fn main() {
  let x=5;
  println!("x is {x}");
  let x:char='a';
  println!("x is {x}");
}

我们在第一行定义x变量，且赋值为5，但没有用mut使其可变，所以x是不可变的，但是我们在第三行再次使用x变量，而且给它赋值为字符‘a’。
我们先cargo run一下：

PS D:\008 rustpro\var> cargo run
   Compiling var v0.1.0 (D:\008 rustpro\var)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.63s
     Running `target\debug\var.exe`
x is 5
x is a

可以看到，rust正常编译，且结果x的值被改变了。你应该看到区别，就是第三行再次使用x时，重新定义了一次。
rust中，用let来定义变量，是可以重名的，并且后一个可以覆盖前面的，所谓“shadow”，即旧的变量活在新的变量的阴影里。
你可能会觉得，这样是不是会造成困扰，如果不小心使用了一样的变量名，覆盖之前的变量数据，岂不是会影响程序。但这个问题容易解决，只需要你在命名变量时有自己的规律即可，但是rust中这样的机制会带来好处。
我们看到，同样的变量x，在第一次和第二次的定义中，不仅值可以不同，连数据类型也可以不同。
什么场景会这样使用，比如你要输入一个值，是字符类型，但程序接收字符后，要以整数型来运算，但是这两个其实一个东西，如果是其他语言，你可能会这样定义变量，x_str和x_int，但是rust中你可以只定义一个x，

let x:char='a';
let x:i32=5;

好了，关于变量就先说到这，基本上差不多了，当然这并非是说把变量的所有方面都涉及到了，只是说基本的概念都已经了解了。
下面将开始实例：

一、温度转换

1、新建一个temp项目

PS D:\008 rustpro> cargo new temp
     Created binary (application) `temp` package
PS D:\008 rustpro> cd temp
PS D:\008 rustpro\temp> cargo build
   Compiling temp v0.1.0 (D:\008 rustpro\temp)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.49s
PS D:\008 rustpro\temp> 

新建项目后，rust会自动生成一个main.rs主函数。
这个主函数里默认的是打印“hello world”，我们要修改它，以达到温度转换的功能。
华氏度和摄氏度的转换关系如下：

1 摄氏度=33.8 华氏度

所以，如果我们输入一个摄氏度值为x，那么转换为华氏度应该是：f(x)=33.8*x
数学关系很清楚，是很简单的一元一次函数。
先看一下main.rs的结构：

fn main() {
    println!("Hello, world!");
}

fn和let一样，是关键词，定义函数，所以fn后面的main就是函数，只不过它是主函数，所以地位特殊，但是，main这个名字，想必大家也不陌生，无论是C还是python，都有主函数，地位也差不多，谁让它是main呢！
但我们先不修改main，我们先新建一个函数，就叫temp_convert：

fn temp_convert(){
    
}

添加逻辑代码：

fn temp_convert(t:f32)->f32{
    let t2=t*33.8;
    return t2;
}

可以看到，我们在新建的函数基础上，添加了一个形式参数t，把它的数据类型定义为f32，即浮点数。
定义了一个函数返回值类型：->f32，即函数返回值也是f32类型。
然后在函数体内，定义了变量t2，其赋值为t*33.8,
最后将计算后的t2的值返回。
这个函数中形式参数t即输入的摄氏度，返回的t2即转换的华氏度。
接下来，就是在主程序里调用了：
修改一下main函数：

fn main() {
    let t1=temp_convert(3.0);
    println!("t_f is {t1}");
}

因为函数temp_convert有返回值，所以我们定义一个变量t1来储存它。
到此，简单的温度转换就实现了，只要给函数的参数赋予不同的值（摄氏度），函数就可以返回华氏度：

PS D:\008 rustpro\temp> cargo run
   Compiling temp v0.1.0 (D:\008 rustpro\temp)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.42s
     Running `target\debug\temp.exe`
t_f is 101.399994

但这样肯定不算是一个完整的程序，我们设想应该是这样，程序启动，会输出一个文字提示，让我们输入一个摄氏度，我们输入后，程序输出一个华氏度。然后能循环，这样才算是完整的转换程序。
我们分两部分来说，一是如何接受用户输入，二是如何循环。

1 用户输入

用户输入，需要用到IO接口，在rust中即std::io。
std::io,这是一个程序包crate，类似于其他程序的模块。在使用它之前，需要先导入它。

use std::io;

然后使用它：

use std::io;
fn main() {
    let mut t_in=String::new();
    println!("请输入摄氏度值：");
    io::stdin()
        .read_line(&mut t_in)
        .expect("error");
    let t_in:f32=t_in.trim().parse().expect("error");
    let t1=temp_convert(t_in);
    println!("华氏度是 {t1}");
}

上面的主函数main变化较大，我们一一来说一下。我们使用use关键词导入了std::io,这是用来接受用户输入的模块。
然后在主函数体内添加程序：

let mut t_in=String::new();

这行是定义了一个可变变量t_in且类型为string。

  io::stdin()
        .read_line(&mut t_in)
        .expect("error");

这行就是io接口的调用，用于读取用户的输入，read_line即是std::io模块的函数。&mut t_in是将我们定义的变量t_in来接受read_line的输入值。
其实上面这行直接写如下：

io::stdin().read_line(&mut t_in).expect("error");

之所以写成多行样式，是为了便于阅读。
这里的expect是对潜在错误的处理，关于错误的处理不在本文的范围，后续会有专门叙述。此处只要知道这样用就可以了。
我们现在已经从用户处接受到输入值，即t_in，接下来要对输入值进行处理：

let t_in:f32=t_in.trim().parse().expect("error");

此处我们使用前面介绍的变量覆盖，先定义了t_in为用户输入，且数据类型为string类型，接着此行用同名变量t_in定义为f32类型，覆盖之前的字符串类型。
其中的trim是消除一个字符串的开头和结尾的多余空格，parse是将字符串转为另一种数据类型，在此处就是转为f32类型。expect我们已经说过，是对返回值的判断时可能发生的错误处理。

`let t1=temp_convert(t_in);

在顺利获得用户输入的值且转为浮点类型后，我们调用写好的temp_convert转换函数，其形式参数t在调用时传入实际参数t_in。将temp_convert函数的返回值，传给变量t1。
完整程序：

use std::io;
fn main() {
    let mut t_in=String::new();
    println!("请输入摄氏度值：");
    io::stdin()
        .read_line(&mut t_in)
        .expect("error");
    let t_in:f32=t_in.trim().parse().expect("error");
    let t1=temp_convert(t_in);
    println!("华氏度是 {t1}");
}
fn temp_convert(t:f32)->f32{
    let t2=t*33.8;
    return t2;
}

在终端运行cargo run：

PS D:\008 rustpro\temp> cargo run
   Compiling temp v0.1.0 (D:\008 rustpro\temp)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.74s
     Running `target\debug\temp.exe`
请输入摄氏度值：
2
华氏度是 67.6

好了，第一部分完成了，现在我们能成功根据输入的摄氏度转为华氏度且输出，但缺点是每次运行只能进行一次，所以需要循环。

循环

想让程序循环起来，也很简单，使用loop指令，它会循环执行主程序的逻辑，直到触发停止。本文中未添加明确的停止程序，因为这不在我们的学习范围，后续会有说明，此文不赘述。

fn main() {
    loop{
        let mut t_in=String::new();
        println!("请输入摄氏度值：");
        io::stdin()
            .read_line(&mut t_in)
            .expect("error");
        let t_in:f32=t_in.trim().parse().expect("error");
        let t1=temp_convert(t_in);
        println!("华氏度是 {t1}");
    }
   
}

我们可以看到，只需要将main中的原程序添加进loop的{}中即可。
让我们运行一下：

PS D:\008 rustpro\temp> cargo run
   Compiling temp v0.1.0 (D:\008 rustpro\temp)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.46s
     Running `target\debug\temp.exe`
请输入摄氏度值：
2
华氏度是 67.6
请输入摄氏度值：
3
华氏度是 101.399994
请输入摄氏度值：
4
华氏度是 135.2
请输入摄氏度值：
1
华氏度是 33.8
请输入摄氏度值：
2
华氏度是 67.6
请输入摄氏度值：
r
thread 'main' panicked at src\main.rs:10:42:
error: ParseFloatError { kind: Invalid }
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace
error: process didn't exit successfully: `target\debug\temp.exe` (exit code: 101)

可以看到，程序在不停地执行，如果用户一直输入正确的值得话，但你会发现在终端的记录中，最后输入r时，rust报错且退出了，这是因为程序中没有对非法输入的应对措施，当输入非法值时，只能报错退出。
但我不准备在本文中完善它，我相信随着我们学习rust的深入，这个问题会迎刃而解。
如果你看到这里，我相信你对rust中变量、函数的使用，有了初步的印象了。
下面我们说一下第二个实例，即实现斐波那契数列。

斐波那契数列

斐波那契数列应该是比较经典的练手题目了，你在学习其他语言如C、python、java中都可以通过编写斐波那契数列来加深对语言的理解。
rust也不例外，我在文章一开头就说过，此文所列举的两个实例，都是rust官方手册中给读者留的课后习题。
其实官方在手册的第二章给了一个很好的实例即猜谜游戏，说的非常详细，但我们作为学习者，在学习了官方手册后，自己要学会应用，所以我选择用课后习题来作为示例。

斐波那契数列是这样的数列：

1，1，2，3，5，8，13，21，34，55，89…

这个数列的规律是，从第三项开始，每一项的值都是它前面两项的和。用公式表示为：

f(n)=f(n-1)+f(n-2)；n>2

所以，如果要用函数来实现斐波那契数列，函数肯定是递归的。

rust实现，首先是创建新项目，这个不用多说了。

接着创建新的函数，命名为fibonacci：

fn fibonacci(num:i32)->i32{
   if num<3{
    return 1;
   }
   else{
    return fibonacci(num-1)+fibonacci(num-2);
   }
}

这个fibonacci函数有个形式参数num，数据类型为i32，函数的返回值类型由’->'符号指出，也是i32。
函数体内的逻辑，是对num进行判断，如果num小于3，也就是fibonacci数列的前2项，那么函数返回值固定为1，如果num大于等于3，那么返回值就等于前2项之和。
此处的判断，使用了if。。else语句。if else应该不用多说了吧，这应该是学习编程的人，都会了解的。
几乎你学习任何编程语言，都会遇到if语句。
所以，本文也不会赘述if。。else语句。
接下来看main函数：

use std::io;
fn main() {
    loop{
        println!("please enter fibonacci number:");
        let mut number=String::new();
        io::stdin()
            .read_line(&mut number)
            .expect("err");
        let number:i32=number.trim().parse().expect("err");
        println!("number is {number}");
        for y in 1..number{
            let x=fibonacci(y);
            println!("fibo({y}) is {x}");
        }
    }  
    
}

可以看到，几乎和前面的实例一样，一点区别在于子函数fibonacci的调用处，这里用了for语句：
之所以使用for语句，因为斐波那契数列是一个数列，当我们给定一个斐波那契数列的项索引(n)时，我们实际上希望程序能够列出至n项的斐波那契数列所有的项。

 for y in 1..number{
            let x=fibonacci(y);
            println!("fibo({y}) is {x}");
        }

同理，for循环也是常见的，和if语句一样，我们会在后续的文章里统一说明，此文不赘述。
我们还是看一下实际运行效果吧：

PS D:\008 rustpro\fibonacci> cargo run
   Compiling fibonacci v0.1.0 (D:\008 rustpro\fibonacci)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.71s
     Running `target\debug\fibonacci.exe`
please enter fibonacci number:
2
number is 2
fibo(1) is 1
please enter fibonacci number:
5
number is 5
fibo(1) is 1
fibo(2) is 1
fibo(3) is 2
fibo(4) is 3
please enter fibonacci number:
10
number is 10
fibo(1) is 1
fibo(2) is 1
fibo(3) is 2
fibo(4) is 3
fibo(5) is 5
fibo(6) is 8
fibo(7) is 13
fibo(8) is 21
fibo(9) is 34
please enter fibonacci number:
r
thread 'main' panicked at src\main.rs:10:46:
err: ParseIntError { kind: InvalidDigit }
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace
error: process didn't exit successfully: `target\debug\fibonacci.exe` (exit code: 101)

总结一下，rust变量：

let x=5;//x不可变

let mut x=5;//x可变

let x=5;
let x='a';//x依旧不可变，但可以被重名者覆盖，且可不同数据类型

const x:i32=5;//常量需指定数据类型