调用、运算符与类型转换 — 表达式(下)Copy Anchor Link

这一章是语法手册式的收尾: 函数和方法怎么调、字段和切片怎么取、 运算符里哪些是 C 的老样子、哪些悄悄改了规则。没有大的理论, 但每一条「与 C 不同」背后都有一次踩坑史。

1. 顶层全景:从大到小Copy Anchor Link

  调用:函数 gcd(a,b) / 方法 v.sort() / 类型关联函数 Vec::new()
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  取值:字段 point.x · 元组字段 t.0 · 下标 v[i] · 切片 &v[a..b]
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  运算与转换:算术/位/比较/逻辑 · 赋值与复合赋值 · as · deref 强转

图说:. 号和 [] 号都会自动解引用——「指到第几层」不用你数。

本章的主线例子是快排的两个递归(函数自己调自己)切片:quicksort(&mut slice[..pivot_index]) 和 quicksort(&mut slice[pivot_index + 1..])——区间切片、可变借用加递归,三个语法点一步全走完。

2. 三种调用形态与一个语法怪癖Copy Anchor Link

• 函数调用:gcd(1302, 462)。
• 方法调用:player.location()。. 号照例自动解引用:player 是 Player、&Player、 Box<Player> 还是 Rc<Player>,.location() 都能调——方法按值收、按引用收,匹配自动完成¹。
• 类型关联函数:Vec::new()——不是挂在一个值上,而是挂在类型上(对标 OOP 的静态方法)²。 链式调用随便串(第一章的 .bind(...).expect(...).run().expect(...))。

turbofish:在表达式里给泛型函数显式喂类型参数,不能写 Vec<T> 的尖括号—— 因为表达式里 < 是小于号,Vec<i32>::with_capacity(1000) 会被当成一链比较。 解法是加一对尖括号前导 :::Vec::<i32>::with_capacity(1000)、(0..n).collect::<Vec<i32>>()。 这个记号 ::<...> 在社区里的昵称就是 turbofish(涡轮鱼)³。 多数时候能省:返回类型或变量类型会兜住推断,能省就省是良好风格⁴。

链式调用为什么能链Copy Anchor Link

第 1 章 web 服务器里那一长串 .bind(...).expect(...).run().expect(...) 能成立, 是因为这些方法的返回值又是带方法的对象,接着调即可。它不是语法特性,只是 「返回值设计」的副产品——配合「块/表达式的值」的规则,每个 .xxx() 既做事又交出下一个对象⁵。

字段、下标与 lvalueCopy Anchor Link

能出现在赋值号左边的叫 lvalue(C 的老术语),Rust 里有三类:

game.black_pawns = 0x00ff0000_00000000_u64;   // 结构体字段
coords.1 = 0;                                  // 元组字段(按编号)
pieces[2] = Some(Piece::new(Black, Knight, coords));  // 数组/切片/向量元素

左边是引用或智能指针时自动解引用,和赋值无关的地方一样;当然,容器本身必须是 mut 的, 否则连字段都改不了。切片取值与赋值同一套下标:&game_moves[midpoint..end] 借一段, v[a..b] 的形态共六种,边界照旧检查⁶。

3. 字段、下标、切片区间Copy Anchor Link

结构体字段 point.x、元组字段 pair.0、数组/切片/向量元素 pieces[i]—— 左边是引用或智能指针时自动解引用;这三类表达式可以出现在赋值号左边(此时要求容器本身是 mut 的)⁷。

区间切片:&v[a..b] 借出从下标 a 到 b(不含 b)的一段;两端都可以省略。 .. 按两端有无产出四种类型(RangeFull、RangeFrom、RangeTo、Range), ..= 再产出两种闭区间类型;只有带起点的区间能拿来 for 循环(循环得有个起点), 但六种形态在切片里全有用⁸。

回到主线例子,原书用快排展示切片在递归里的样子:

fn quicksort<T: Ord>(slice: &mut [T]) {
    if slice.len() <= 1 { return; }
    let pivot_index = partition(slice);
    quicksort(&mut slice[.. pivot_index]);        // 前一半:起点省略
    quicksort(&mut slice[pivot_index + 1 ..]);    // 后一半:终点省略
}

一次调用借出前半的可变切片,递归排完;再借出后半——两个借用前后错开、从不重叠, 所以每次都安全。泛型参数 <T: Ord>(只对可排序的类型)这里先当背景,细节在未放出的章节⁹。

区间类型速查Copy Anchor Link

.. 按两端有无产出四种类型;..= 再补两种闭区间。只有带起点的两种能 for 循环 (循环总得从哪开始),六种形态在切片里全有用¹⁰:

「含不含终点」的记忆口诀:两点的 .. 不含(0..3 是 0、1、2), 带等号的 ..= 含(0..=3 是 0、1、2、3)。切片里省略端点就默认顶到数据的头或尾。

链式调用的完整样本Copy Anchor Link

第 1 章服务器的那段链值得再看一眼——它把「每步返回值都是下一个方法的接收者」 用到了实处¹¹:

server
    .bind("127.0.0.1:3000").expect("error binding server to address")
    .run().expect("error running server");

bind 返回绑定好的 server,run 在它身上启动;两个 expect 各管一步的错误。 链式不是炫技,是「中间结果没有名字、也不需要名字」的诚实写法。

4. 算术、位、比较:和 C 分手的细节Copy Anchor Link

大体是熟面孔,不同处才是考点:

• 整数除法向零取整;整数除以零在 release 也 panic。 不想 panic 用 a.checked_div(b),返回 Option(除零时是 None)¹²。
• % 取余对浮点也有效:1234.567 % 10.0 ≈ 4.567;结果符号跟左操作数¹³。
• 没有一元 +;一元 - 不支持无符号数(-100u32 报错)¹⁴。
• 位取反用 ! 不是 ~:所以 !n 不能当「n 是零」用,得写 n == 0¹⁵。
• 位移:有符号数恒符号扩展,无符号数恒零扩展——因为有明确的unsigned类型, Java 那个 >>>(强制零扩展)在 Rust 里没必要存在¹⁶。
• 位运算优先级高于比较:x & BIT != 0 是 (x & BIT) != 0——「正如你本意」; C 里是 x & (BIT != 0),测的是错误的那个比特¹⁷。
• 比较的两个操作数必须同类型;&&、|| 短路,操作数必须 bool¹⁸。
• 没有 ++/--¹⁹。

赋值:= 给 mut 变量(及其字段/元素)赋值;非 Copy 类型赋值即移动(第 3 章)。 复合赋值(+= 等)齐;不支持链式赋值(a = b = 3 不行),不支持逗号表达式。 原书的解释很 Rust:赋值本来就罕见(变量默认不可变),这些捷径用不上²⁰。

一元 *:什么时候真要写Copy Anchor Link

Rust 的 . 号替你解引用,所以 * 的戏份比 C 少,但有一幕非它不可: 你要的是整个值,不是某个字段或方法。

let padovan: Vec<u64> = compute_padovan_sequence(n);
for elem in &padovan {
    draw_triangle(turtle, *elem);   // draw_triangle 要 u64,elem 是 &u64
}

elem 的类型是 &u64,函数要 u64——*elem 把「整个所指值」取出来²¹。 取字段(elem.x)和调方法(elem.len())有 . 号代劳,取整个值只能自己动手。

位运算与 C 的分手清单Copy Anchor Link

把 Rust 从 C 的位运算习惯里带出来的差异收拢成一张表²²:

最后一条的例子:1234.567 % 10.0 约等于 4.567²³。

赋值与复合赋值Copy Anchor Link

= 给 mut 变量、字段、元素赋值;非 Copy 类型赋值即移动,目标原来的值先被丢弃 (第 3 章)。复合赋值(+= 等)是一组完整操作:total += item.price 就是 total = total + item.price²⁴。

三个「没有」:没有链式赋值(a = b = 3 不行)、没有 ++/--、 没有逗号表达式。原书的解释透着 Rust 的脾气:变量默认不可变,赋值本来就罕见, 这些捷径没了就没了²⁵。

5. as 转换:谁可以、谁禁止Copy Anchor Link

转换的写法是 as。完整规则一张表²⁶:

「禁止反向转换」的逻辑和溢出四族操作一脉相承:会静默出错的转换要么显式查、要么不许写²⁷。

deref 强转(deref coercion):几种引用之间的转换自动发生、不用 as—— &String 自动转 &str,&Vec<i32> 自动转 &[i32],&Box<Chessboard> 自动转 &Chessboard。 它们适用于实现了 Deref trait 的类型,目的是让智能指针用起来尽量像底层值本身²⁸。 自己写智能指针类型时也能实现 Deref(方法在未放出章节)。

6. 闭包:一句带过的大坑Copy Anchor Link

let is_even = |x| x % 2 == 0;
is_even(14);   // true

闭包是轻量的「函数一样的值」:竖线里是参数,后面是表达式;参数类型和返回类型都能推断 (写返回类型时,体必须用大括号)²⁹。调用语法和普通函数一样。 「Rust 闭包里最可喜的特性」——原书原话——这里卖了个关子,整章留给后面³⁰。

deref 强转:智能指针「装成本体」的原理Copy Anchor Link

&String → &str、&Vec<i32> → &[i32]、&Box<Chessboard> → &Chessboard, 这三种转换自动发生、不用 as,合称 deref 强转。背后的机制:这些类型都实现了 Deref 这个内建 trait,转换规则写在实现里³¹。

设计意图一句话:让智能指针用起来尽量像本体。Box<Chessboard> 基本上就是 一个 Chessboard——能传进任何收 &Chessboard 的函数,能直接调它的方法—— 靠的就是 deref 强转把「指针的外衣」悄悄脱了³²。自己写智能指针类型时也能实现 Deref(方法在未放出章节)。

闭包写法的完整规则Copy Anchor Link

let is_even = |x| x % 2 == 0;               // 参数类型、返回类型都推断
assert_eq!(is_even(14), true);              // 调用语法和普通函数一样

let is_even = |x: u64| -> bool { x % 2 == 0 };  // 显式写出:体必须用大括号

两条规矩:竖线里是参数;一旦显式声明返回类型,体必须是 { … } 块—— 这是语法健全性的小妥协,记住即可³³。闭包的捕获、三种闭包 trait、 把闭包存进结构体,全是后面章节的内容,本章只交付「能读、能写、能调」。

7. 作者的判断与证据Copy Anchor Link

• 「位运算优先于比较」比 C 更有用是明确的判断,附带对 C 的吐槽(测错比特)¹⁷;
• **「没有链式赋值、没有 ++/--,你不会想念它们」**建立在「赋值罕见」的前提上—— 这个前提来自「变量默认不可变」,链条完整,是论证不是口味²⁰;
• turbofish 的由来是语法冲突的客观结果(表达式里 < 已被小于号占用)³。

8. 边界与局限Copy Anchor Link

• as 里裸指针的转换只给了一句,unsafe 章节才展开;
• 运算符重载(给自定义类型实现 +)本章没讲;
• 闭包的捕获规则、三种闭包 trait(Fn/FnMut/FnOnce)整个缺席;
• 区间类型在迭代器上下文((a..b).step_by(2))的用法留给后面章节。

9. 可带走的Copy Anchor Link

主线例子一行版: quicksort(&mut slice[..p]) → 借前半可变切片递归 → 前后两个借用错开不重叠 → 合法。

1. 三种调用:函数、方法(. 自动解引用)、类型关联函数(Vec::new);
2. 表达式里给泛型喂类型用 ::<T>(turbofish),能推断就省略;
3. 切片区间六种形态,递归分治的借力点;
4. 整数除零 panic(任何构建);不想 panic 用 checked_div;
5. % 可用于浮点;位取反是 !;
6. 位运算优先级高于比较(Rust)——x & BIT != 0 就是你想的那个;
7. 无 ++/--、无链式赋值、无一元 +;
8. as:数值互转总合法;整数→char 禁止(代理区),u8→char 例外;反向都要检查;
9. deref 强转:&String→&str、&Vec<T>→&[T] 自动发生;
10. 闭包 |x| 表达式,类型可推断,大篇内容在后面。

10. 原文地图Copy Anchor Link