Rust语言入门教程(二) - 变量与作用域

变量与作用域

变量的声明与初始化

Rust的基本语法格式如下：

fn main(){
	let bunnies = 2;
}

语句以分号结尾，用花括号包含语句块。 Rust的语法其实借鉴了很多其他的语言，比如C语言和Python， 所以变量定义的格式看起来也跟很多我们熟悉的其他语言相似。Rust中，使用let关键字声明一个变量。在上面的例子中， 我们声明了一个变量bunnies, 并且初始化了它的值为2.

Rust是一种强类型的语言，那么在上面的语句中，哪里标注了这个变量的类型呢？在Rust编程中，如果Rust能准确的识别这个变量的类型，那么我们不需要显式的标注变量的类型，也不需要像C#那样标注一个auto表示它的类型是自动识别的。

如果需要显式的标注一个变量的类型，可以像下面的例子一样做, 在变量名后加个: ， 后面再写上变量的类型，如下，i32代表有符号的32位整型。

fn main(){
	let bunnies: i32 = 2;
}

与python类似，rust也可以在一行语句中定义多个变量。如下例子便可以在一行代码中为两个变量初始化：

fn main(){
	let (bunnies, carrots) = (8, 50);
}

变量不可变

在Rust中，变量默认其实是不可变的，也就是说，一旦对一个变量赋值以后，其值默认是不可被修改的。这一特点与大多数的其他编程语言都不同，其他编程语言的变量默认是随时可以被重新赋值的。那为什么Rust要将变量设置为默认不可变的呢？这就要提到上一章中我们提到的Rust的三个特性了：

• 内存安全： 如果变量在运行过程中始终不变，这可以避免很多bug的发生，变量不可变这一设计，极大的提高了Rust的内存安全特性。
• 无畏并发： 不变的变量，可以被多个线程在不加锁的情况下共享，这也使得Rust的并发更安全可靠。
• 高性能： 不变的变量，使得编译器可以对其进行额外的优化，从而提高了代码的执行速度，提高了程序运行性能。

但是不得不承认我们在编程中一定会遇到需要修改变量的需求， 如果我们直接修改变量的值，编译便会报错，例如下面的代码：

fn main(){
	let bunnies: i32 = 2;
	bunnies = 3;   // Error!
}

如果运行上面的代码，将会得到下面的报错，可以看到，报错中非常明确的指出了代码的问题所在，并且还指出了修改建议， 在报错的最上面，给出了错误的描述，也就是：不能对不可变变量进行二次赋值。在报错中，也指出了错误所在的位置，第3行第5列。接下来还对整个错误的上下文进行了说明，告诉我们在第2行的时候对变量bunnies已经赋值，然后再第3行再次对不可变变量bunnies进行了赋值，因此报错。接着还提出了修改建议，让我们在第2行的变量名前面加上mut, 使其成为一个可变变量，也许能修复这个问题。在最后一行，如果上面的提示还不能解决问题，还可以运行rustc --explain e0384来查看错误的完整描述。

按照错误提示，我们将代码修改后如下便可以成功运行了：

fn main(){
	let mut bunnies: i32 = 2;
	bunnies = 3;   // Error!
}

常量

在Rust中，常量（constant）其实也属于变量的一种， 相比普通的不可变变量，它更加的不可变。定义一个常量包含以下四个关键步骤：

• 以const而不是let声明；
• 变量名格式为全大写字母加下划线分隔；
• 必须声明变量类型；
• 常量的值必须时编译时可确定值的表达式；

下面是普通变量和常量声明的对比：

let wrap_factor = ask_scotty();  // 变量
const WRAP_FACTOR: f64 = 9.9;    // 常量

定义一个常量比变量麻烦很多，那为什么还要用常量呢？

• 常量可以在函数作用域外或者模块外进行定义，而在任意的地方使用；
• 常量会在编译时被静态的写入可执行文件，使得运行速度很快；
• Rust官方在每个发布版本中都对const类型增加了越来越多的功能和优化，在可以使用const的地方，使用const是一个好的选择；

作用域

每个变量都有各自的作用域，只有在变量的作用域中，变量才能被使用。代码的作用域通常是从变量被创建的地方开始，到变量所在的代码块结束， 在这个范围中的子代码块中，变量仍然是可以被访问的。

注： 代码块是一组被花括号包含的语句

fn main() {
    let x = 5;
    {
        let y = 99;
        println!("x = {}, y = {}", x, y);
    }
    println!("x = {}, y = {}", x, y); // Error!
}

在上面的代码中， 变量x在main函数的代码块中被定义，其中定义了一个子代码块，在子代码块中定义了一个变量y, 在子代码块中，x 和 y都可以被访问， 在子代码块结束时， y立刻被销毁（Rust中没有任何的垃圾回收器，变量总是在离开作用域后被立即销毁），因此第二个println!语句不能访问变量y而发生错误。

然而我们不用担心这会在运行时发生bug， 因为这种错误会在编译时就被暴露出来。

变量隐藏

Rust中，也存在变量隐藏的现象

fn main() {
    let x = 5;
    {
        let x = 99;
        println!("x = {}", x);
    }
    println!("x = {}", x); // Error!
}

运行结果应该如下：

x = 99
x = 5

在上述代码中我们在子代码块外部定义了一个变量x并赋值为5, 在子代码块中，x的值被覆盖，为内层代码块中的值99。当离开了内层代码块后，内层的变量x被销毁， x的值又变回了外层代码块中的5.

再来看一个例子：

fn main() {
	let mut x = 5; // x is mutable
	let x = x;     // x is now immutable
}

这个例子中，第一个x被隐藏了，这其实相当于重新声明并初始化了x这个变量，在编译过程中， Rust甚至能识别到这种情形并优化执行的过程，并不会真的先定义一个可变的x, 再用一个新的x去覆盖它，而是直接定义一个不可变的变量x并为其赋值为5.

再看一个例子：

fn main() {
    let meme = "More cowbell!";
    let meme = make_image(meme);
}

在上述代码中， 变量meme甚至能被改变类型（从字符串变成了图片）。

变量与内存安全

在Rust中，在使用一个变量前，必须确保这个变量被初始化。

情景A

fn main() {
    let enigma: i32;
    println!("{}", enigma);  // Error!
}

可以看到，报错提示我们，变量虽然被声明了，但是没有被初始化。

情景B

fn main() {
    let enigma: i32;
    if true{
		enigma = 42;
	}
    println!("{}", enigma);  // Error!
}

即时是在一个恒为真的判断语句中为变量进行了初始化，编译器仍会报错， 因为判断语句只有在运行时才能被判别最终的结果，因此在编译时没办法确保该变量一定会被初始化。

为了保证变量一定被初始化，可以将上述代码改为如下：

fn main() {
    let enigma: i32;
    if true{
		enigma = 42;
	} else {
		enigma = 7;
	}
    println!("{}", enigma);  // Error!
}

如果在C语言中使用了一个未初始化的变量会出现什么现象呢，如下代码：

include <stdio.h>
int main(){
	int enigma;
	printf("%d\n", enigma);
}

这将不会导致编译报错，程序可以正常运行，但是会输出一个不可预测的结果，因为声明变量后， C语言就会在内存分配一个地址，而这个内存地址中存储的是什么数据，我们不得而知，它可能是任何东西。

小结

本章介绍了Rust中变量的种类，声明与赋值方式，以及变量的作用域和隐藏特性。下一章将介绍Rust的函数及模块系统。