跟AI学习Rust知识：常用类型和trait

发表于 2024-06-19 更新于 2024-12-26 分类于 Rust 阅读次数：

最近在跟着Rust语言圣经学Rust，但是学完之后根本记不住那么多类型，想重新回去记下笔记又发现很多类型分散在各章实在不好找。然后突然想到现在AI都这么强了，何不向AI这个好老师学习一下呢。然后我就掏出我平时常用的DeesSeek，这个是我觉得最强的国产AI了（懒得折腾GPT4捏而且免费又够用）。下面就顺手记下AI老师的教学吧，以供后面回来查阅。

常用类型

我：可以详细说一下rust自带的一些基础封装类型有哪些吗，他们都是用来干什么的

DeepSeek-Coder-V2：

Rust 语言自带了许多基础封装类型，这些类型在标准库 std 中定义，用于处理各种常见的编程任务。以下是一些常见的 Rust 基础封装类型及其用途：

Option<T>
- 用途：表示一个值可能存在也可能不存在的情况。Option<T> 有两个变体：Some(T) 表示值存在，None 表示值不存在。
- 示例：
  1
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  let some_number = Some(5);
  let no_number: Option<i32> = None;
Result<T, E>
- 用途：表示一个操作可能成功也可能失败的情况。Result<T, E> 有两个变体：Ok(T) 表示操作成功并包含结果值，Err(E) 表示操作失败并包含错误信息。
- 示例：
  1
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  fn divide(a: i32, b: i32) -> Result<i32, &'static str> {
  if b == 0 {
  Err("Cannot divide by zero")
  } else {
  Ok(a / b)
  }
  }

和Some一样同样是个枚举，不过多了个类型泛型，用于表示Err的类型

Vec<T>
- 用途：动态数组，可以存储任意数量的元素。Vec<T> 在堆上分配内存，并且可以动态增长和收缩。
- 示例：
  1
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  3
  let mut numbers = Vec::new();
  numbers.push(1);
  numbers.push(2);

还可以用vec!宏，代码let mut numbers = vec![1,2]经过编译展开之后就会变成和上面代码一模一样

String
- 用途：用于处理可变的、可增长的 UTF-8 编码字符串。String 是 Vec<u8> 的封装，确保其内容是有效的 UTF-8 编码。
- 示例：
  1
  2
  let mut s = String::from("Hello");
  s.push_str(", world!");
HashMap<K, V>
- 用途：键值对存储结构，提供快速的查找、插入和删除操作。HashMap<K, V> 使用哈希表实现，键和值的类型分别为 K 和 V。
- 示例：
  1
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  5
  use std::collections::HashMap;
  
  let mut scores = HashMap::new();
  scores.insert(String::from("Blue"), 10);
  scores.insert(String::from("Yellow"), 50);
HashSet<T>
- 用途：存储唯一值的集合，提供快速的查找、插入和删除操作。HashSet<T> 使用哈希表实现，元素类型为 T。
- 示例：
  1
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  5
  use std::collections::HashSet;
  
  let mut set = HashSet::new();
  set.insert(1);
  set.insert(2);
Box<T>
- 用途：在堆上分配值的智能指针。Box<T> 用于在编译时无法确定大小的类型（如递归类型）或在堆上分配数据以减少栈上内存使用。
- 示例：
  1
  let b = Box::new(5);
Rc<T>
- 用途：引用计数智能指针，允许多个所有者共享数据。Rc<T> 用于在堆上分配数据，并且允许多个变量引用同一个数据。
- 示例：
  1
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  4
  use std::rc::Rc;
  
  let a = Rc::new(5);
  let b = Rc::clone(&a);
Arc<T>
- 用途：原子引用计数智能指针，允许多线程共享数据。Arc<T> 类似于 Rc<T>，但可以安全地在多线程环境中使用。
- 示例：
  1
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  use std::sync::Arc;
  use std::thread;
  
  let a = Arc::new(5);
  let b = Arc::clone(&a);
  
  thread::spawn(move || {
  println!("{}", b);
  });

这些基础封装类型在 Rust 编程中非常常用，它们提供了处理各种常见编程任务所需的功能和安全性。

我：可以再拓展说说其他的类型吗，比如Pin、Future，尽量多的说一下

DeepSeek-Coder-V2：

当然可以。除了之前提到的基础封装类型，Rust 还有一些更高级的类型和概念，这些在处理特定问题时非常有用。以下是一些额外的类型和概念：

Pin<P>

用途：用于防止指针所指向的值被移动。Pin<P> 确保指向的值不会被移动，这对于实现自引用结构和异步编程中的 Future 非常重要。

示例：

use std::pin::Pin;
use std::marker::PhantomPinned;

#[derive(Debug)]
struct Test {
    a: String,
    b: *const String,
    _marker: PhantomPinned,
}

impl Test {
    fn new(txt: &str) -> Self {
        Test {
            a: String::from(txt),
            b: std::ptr::null(),
            _marker: PhantomPinned,
        }
    }

    fn init(self: Pin<&mut Self>) {
        let self_ptr: *const String = &self.a;
        let this = unsafe { self.get_unchecked_mut() };
        this.b = self_ptr;
    }

    fn a(self: Pin<&Self>) -> &str {
        &self.get_ref().a
    }

    fn b(self: Pin<&Self>) -> &String {
        assert!(!self.b.is_null(), "Test::b called without Test::init being called first");
        unsafe { &*(self.b) }
    }
}

Future

用途：表示一个异步计算的值。Future 是一个 trait，定义了异步计算的生命周期和状态。

示例：

use std::future::Future;
use std::pin::Pin;
use std::task::{Context, Poll};

struct MyFuture {
    count: u32,
}

impl Future for MyFuture {
    type Output = u32;

    fn poll(mut self: Pin<&mut Self>, cx: &mut Context<'_>) -> Poll<Self::Output> {
        match self.count {
            3 => Poll::Ready(3),
            _ => {
                self.count += 1;
                cx.waker().wake_by_ref();
                Poll::Pending
            }
        }
    }
}

Mutex<T> 和 RwLock<T>

用途：用于多线程环境中的同步。Mutex<T> 提供互斥锁，确保同一时间只有一个线程可以访问数据。RwLock<T> 提供读写锁，允许多个读取者或一个写入者访问数据。

示例：

use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;

let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
let mut handles = vec![];

for _ in 0..10 {
    let counter = Arc::clone(&counter);
    let handle = thread::spawn(move || {
        let mut num = counter.lock().unwrap();
        *num += 1;
    });
    handles.push(handle);
}

for handle in handles {
    handle.join().unwrap();
}

println!("Result: {}", *counter.lock().unwrap());

Channel

用途：用于线程间通信。Rust 标准库提供了多种通道类型，如 mpsc（多生产者单消费者）、broadcast（多生产者多消费者）等。

示例：

use std::sync::mpsc;
use std::thread;

let (tx, rx) = mpsc::channel();

thread::spawn(move || {
    let val = String::from("hi");
    tx.send(val).unwrap();
});

let received = rx.recv().unwrap();
println!("Got: {}", received);

提一嘴常见的四种通道类型：mpsc，标准库，tokio, 多生产者，单消费者模式；oneshot, 单生产者，单消费者，一次只能发送一条消息(标准库没有，只有tokio有)；broadcast，多生产者，多消费者，其中每一条发送的消息都可以被所有接收者收到，因此是广播（同样是只有tokio有）；watch，单生产者，多消费者，只保存一条最新的消息，因此接收者只能看到最近的一条消息，例如，这种模式适用于配置文件变化的监听（同样是只有tokio有）；还有一种特殊的：多生产者、多消费者，且每一条消息只能被其中一个消费者接收，如果有这种需求，可以使用 async-channel 包。

这些类型和概念在 Rust 中用于处理更复杂和高级的编程任务，如异步编程、并发和多线程通信。理解和掌握这些工具可以帮助你更有效地编写高效且安全的 Rust 代码。

我：还有别的常用类型上面没提到的吗

DeepSeek-Coder-V2：

当然，Rust 标准库还提供了许多其他常用类型和模块，以下是一些额外的常用类型和概念：

Cell<T> 和 RefCell<T>
- 用途：用于内部可变性。Cell<T> 提供了一种在不可变引用中修改值的方式，而 RefCell<T> 提供了运行时的借用检查，允许在不可变上下文中进行可变访问。
- 示例：
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  use std::cell::RefCell;
  
  let x = RefCell::new(vec![1, 2, 3]);
  x.borrow_mut().push(4);

Cow<T>

用途：写时克隆智能指针。Cow<T> 代表“Clone-on-Write”，允许在需要时进行数据的克隆，适用于读多写少的场景。

示例：

use std::borrow::Cow;

fn abs_all(input: &mut Cow<[i32]>) {
    for i in 0..input.len() {
        let v = input[i];
        if v < 0 {
            input.to_mut()[i] = -v;
        }
    }
}

Duration
- 用途：表示时间间隔。Duration 用于处理时间相关的计算，如延迟、超时等。
- 示例：
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  use std::time::Duration;
  
  let five_seconds = Duration::from_secs(5);
Path 和 PathBuf
- 用途：用于处理文件系统路径。Path 是不可变的路径引用，而 PathBuf 是可变的，类似于 &str 和 String 的关系。
- 示例：
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  use std::path::PathBuf;
  
  let mut path = PathBuf::from("/usr/bin");
  path.push("rustc");
OsString 和 OsStr
- 用途：用于处理操作系统相关的字符串。OsString 和 OsStr 类似于 String 和 &str，但它们不要求字符串是有效的 UTF-8 编码。
- 示例：
  1
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  3
  use std::ffi::OsString;
  
  let os_string = OsString::from("example");
LinkedList<T>
- 用途：双向链表。LinkedList<T> 提供了双向链表的实现，允许在链表的任意位置进行高效的插入和删除操作。
- 示例：
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  5
  use std::collections::LinkedList;
  
  let mut list = LinkedList::new();
  list.push_back(1);
  list.push_back(2);

这些类型和模块在 Rust 编程中也非常常用，它们提供了处理各种特定任务所需的功能和灵活性。理解和掌握这些工具可以帮助你更有效地编写 Rust 代码。

感觉比较常用的就这些类型了。

常用trait

我：可以说说常用的一些trait以及用法吗

DeepSeek-Coder-V2：

在 Rust 中，trait 是定义共享行为的方式。它们类似于其他语言中的接口，但提供了更多的灵活性和功能。以下是一些常用的 trait 及其用法：

Debug
- 用途：用于格式化输出调试信息。通过实现 Debug trait，可以在 println! 等宏中使用 {:?} 格式化字符串。
- 示例：
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  #[derive(Debug)]
  struct Point {
  x: i32,
  y: i32,
  }
  
  let p = Point { x: 1, y: 2 };
  println!("{:?}", p);

Display

用途：用于格式化输出用户可读的字符串。通过实现 Display trait，可以在 println! 等宏中使用 {} 格式化字符串。

示例：

use std::fmt;

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

impl fmt::Display for Point {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        write!(f, "({}, {})", self.x, self.y)
    }
}

let p = Point { x: 1, y: 2 };
println!("{}", p);

Clone

用途：用于创建类型的深拷贝。通过实现 Clone trait，可以使用 .clone() 方法进行克隆。

示例：

#[derive(Clone)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

let p1 = Point { x: 1, y: 2 };
let p2 = p1.clone();

Copy
- 用途：用于标记类型可以按位复制。通过实现 Copy trait，可以在赋值和函数调用时自动进行按位复制。
- 示例：
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  8
  #[derive(Copy, Clone)]
  struct Point {
  x: i32,
  y: i32,
  }
  
  let p1 = Point { x: 1, y: 2 };
  let p2 = p1;
Default
- 用途：用于提供类型的默认值。通过实现 Default trait，可以使用 .default() 方法获取默认值。
- 示例：
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  #[derive(Default)]
  struct Point {
  x: i32,
  y: i32,
  }
  
  let p = Point::default();

PartialEq 和 Eq

用途：用于比较两个值是否相等。PartialEq 提供部分相等性比较，而 Eq 提供完全相等性比较。

示例：

#[derive(PartialEq, Eq)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

let p1 = Point { x: 1, y: 2 };
let p2 = Point { x: 1, y: 2 };
assert_eq!(p1, p2);

PartialOrd 和 Ord

用途：用于比较两个值的大小。PartialOrd 提供部分顺序比较，而 Ord 提供完全顺序比较。

示例：

#[derive(PartialOrd, Ord, PartialEq, Eq)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

let p1 = Point { x: 1, y: 2 };
let p2 = Point { x: 1, y: 3 };
assert!(p1 < p2);

Iterator

用途：用于定义迭代器。通过实现 Iterator trait，可以创建自定义的迭代器。

示例：

struct Counter {
    count: u32,
}

impl Iterator for Counter {
    type Item = u32;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        self.count += 1;
        if self.count < 6 {
            Some(self.count)
        } else {
            None
        }
    }
}

let mut counter = Counter { count: 0 };
for i in counter {
    println!("{}", i);
}

From 和 Into

用途：用于类型转换。From trait 提供了一种类型转换为另一种类型的方法，而 Into trait 是 From 的逆操作。

示例：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

impl From<(i32, i32)> for Point {
    fn from((x, y): (i32, i32)) -> Self {
        Point { x, y }
    }
}

let p: Point = (1, 2).into();

AsRef 和 AsMut

用途：用于类型之间的引用转换。AsRef 提供不可变引用转换，而 AsMut 提供可变引用转换。

示例：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

impl AsRef<Point> for Point {
    fn as_ref(&self) -> &Point {
        self
    }
}

let p = Point { x: 1, y: 2 };
let p_ref: &Point = p.as_ref();

这些 trait 在 Rust 编程中非常常用，它们提供了处理各种常见任务所需的功能和灵活性。理解和掌握这些 trait 可以帮助你更有效地编写 Rust 代码。

我：还有没有别的常用的trait没提到，比如像Deref等等，尽可能多的说一下

DeepSeek-Coder-V2：

当然，Rust 标准库中还有许多其他常用的 trait，以下是一些额外的常用 trait 及其用法：

Deref 和 DerefMut

用途：用于实现智能指针。Deref trait 允许类型像引用一样工作，而 DerefMut 允许类型像可变引用一样工作。

示例：

use std::ops::Deref;

struct MyBox<T>(T);

impl<T> Deref for MyBox<T> {
    type Target = T;

    fn deref(&self) -> &T {
        &self.0
    }
}

let x = MyBox(5);
assert_eq!(*x, 5);

Drop

用途：用于定义类型的析构行为。通过实现 Drop trait，可以在变量离开作用域时执行自定义的清理代码。

示例：

struct CustomSmartPointer {
    data: String,
}

impl Drop for CustomSmartPointer {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Dropping CustomSmartPointer with data `{}`!", self.data);
    }
}

let c = CustomSmartPointer { data: String::from("my stuff") };

Fn、FnMut 和 FnOnce

用途：用于定义闭包。Fn trait 表示不可变闭包，FnMut 表示可变闭包，FnOnce 表示只能调用一次的闭包。

示例：

fn call_with_one<F>(some_closure: F) -> i32
where
    F: Fn(i32) -> i32,
{
    some_closure(1)
}

let double = |x| x * 2;
assert_eq!(call_with_one(double), 2);

Add、Sub、Mul、Div 等算术 trait

用途：用于定义算术运算。这些 trait 允许自定义类型进行加、减、乘、除等算术操作。

示例：

use std::ops::Add;

#[derive(Debug, PartialEq)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

impl Add for Point {
    type Output = Point;

    fn add(self, other: Point) -> Point {
        Point {
            x: self.x + other.x,
            y: self.y + other.y,
        }
    }
}

let p1 = Point { x: 1, y: 0 };
let p2 = Point { x: 2, y: 3 };
assert_eq!(p1 + p2, Point { x: 3, y: 3 });

Index 和 IndexMut

用途：用于通过索引访问元素。Index trait 允许通过索引访问不可变元素，而 IndexMut 允许通过索引访问可变元素。

示例：

use std::ops::Index;

struct Matrix {
    data: Vec<Vec<i32>>,
}

impl Index<usize> for Matrix {
    type Output = Vec<i32>;

    fn index(&self, index: usize) -> &Vec<i32> {
        &self.data[index]
    }
}

let matrix = Matrix {
    data: vec![vec![1, 2, 3], vec![4, 5, 6]],
};

assert_eq!(matrix[0][1], 2);

ToOwned
- 用途：用于从借用数据创建拥有数据。ToOwned trait 允许从借用数据创建拥有数据，类似于 Clone，但更通用。
- 示例：
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  use std::borrow::ToOwned;
  
  let s: &str = "hello";
  let owned: String = s.to_owned();

Borrow 和 BorrowMut

用途：用于获取类型的借用。Borrow trait 允许获取不可变借用，而 BorrowMut 允许获取可变借用。

示例：

use std::borrow::Borrow;

struct MyStruct {
    data: String,
}

impl Borrow<str> for MyStruct {
    fn borrow(&self) -> &str {
        &self.data
    }
}

let my_struct = MyStruct { data: String::from("hello") };
let s: &str = my_struct.borrow();

这些 trait 在 Rust 编程中也非常常用，它们提供了处理各种特定任务所需的功能和灵活性。理解和掌握这些 trait 可以帮助你更有效地编写 Rust 代码。

在学习编程方面，AI确实好使，有时候Rust的报错不知道怎么改，比如所有权、生命周期之类的问题，将代码、报错丢给AI改就能改好，当然并不是所有问题都能解决，但是对于我这种入门萌新还是能解决绝大部分问题的（小声）