Rust 基础系列 #2: 在 Rust 程序中使用变量和常量
推进你的 Rust 学习，熟悉 Rust 程序的变量和常量。
Rust
推进你的 Rust 学习，熟悉 Rust 程序的变量和常量。
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> 推进你的 Rust 学习，熟悉 Rust 程序的变量和常量。
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在 [该系列的第一章](/article-15709-1.html)中，我讲述了为什么 Rust 是一门越来越流行的编程语言。我还展示了如何 [在 Rust 中编写 Hello World 程序](/article-15709-1.html)。


让我们继续 Rust 之旅。在本文中，我将向你介绍 Rust 编程语言中的变量和常量。


此外，我还将讲解一个称为“<ruby> 遮蔽 <rt>  shadowing </rt></ruby>”的新编程概念。


### Rust 变量的独特之处


在编程语言中，变量是指 *存储某些数据的内存地址的一个别名* 。


对 Rust 语言来讲也是如此。但是 Rust 有一个独特的“特性”。每个你声明的变量都是 **默认 <ruby> 不可变的 <rt>  immutable </rt></ruby>** 。这意味着一旦给变量赋值，就不能再改变它的值。


这个决定是为了确保默认情况下，你不需要使用 <ruby> 自旋锁 <rt>  spin lock </rt></ruby> 或 <ruby> 互斥锁 <rt>  mutex </rt></ruby> 等特殊机制来引入多线程。Rust **会保证** 安全的并发。由于所有变量（默认情况下）都是不可变的，因此你不需要担心线程会无意中更改变量值。


这并不是在说 Rust 中的变量就像常量一样，因为它们确实不是常量。变量可以被显式地定义为可变的。这样的变量称为 **可变变量** 。


这是在 Rust 中声明变量的语法：



```
// 默认情况下不可变
// 初始化值是**唯一**的值
let variable_name = value;

// 使用 'mut' 关键字定义可变变量
// 初始化值可以被改变
let mut variable_name = value;

```


> 
> ? 尽管你可以改变可变变量的值，但你不能将另一种数据类型的值赋值给它。
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> 
> 这意味着，如果你有一个可变的浮点型变量，你不能在后面将一个字符赋值给它。
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> 
> 


### Rust 数据类型概观


在上一篇文章中，你可能注意到了我提到 Rust 是一种强类型语言。但是在定义变量时，你不需要指定数据类型，而是使用一个通用的关键字 `let`。


Rust 编译器可以根据赋值给变量的值推断出变量的数据类型。但是如果你仍然希望明确指定数据类型并希望注释类型，那么可以这样做。以下是语法：



```
let variable_name: data_type = value;

```

下面是 Rust 编程语言中一些常见的数据类型：


* **整数类型**：分别用于有符号和无符号的 32 位整数的 `i32` 和 `u32`
* **浮点类型**：分别用于 32 位和 64 位浮点数的 `f32` 和 `f64`
* **布尔类型**：`bool`
* **字符类型**：`char`


我会在下一篇文章中更详细地介绍 Rust 的数据类型。现在，这应该足够了。



> 
> ? Rust 并不支持隐式类型转换。因此，如果你将值 `8` 赋给一个浮点型变量，你将会遇到编译时错误。你应该赋的值是 `8.` 或 `8.0`。
> 
> 
> 


Rust 还强制要求在读取存储在其中的值之前初始化变量。



```
{ // 该代码块不会被编译
    let a;
    println!("{}", a); // 本行报错
    // 读取一个**未初始化**变量的值是一个编译时错误
}

{ // 该代码块会被编译
    let a;
    a = 128;
    println!("{}", a); // 本行不会报错
    // 变量 'a' 有一个初始值
}

```

如果你在不初始化的情况下声明一个变量，并在给它赋值之前使用它，Rust 编译器将会抛出一个 **编译时错误** 。


虽然错误很烦人，但在这种情况下，Rust 编译器强制你不要犯写代码时常见的错误之一：未初始化的变量。


### Rust 编译器的错误信息


来写几个程序，你将


* 通过执行“正常”的任务来理解 Rust 的设计，这些任务实际上是内存相关问题的主要原因
* 阅读和理解 Rust 编译器的错误/警告信息


#### 测试变量的不可变性


让我们故意写一个试图修改不可变变量的程序，看看接下来会发生什么。



```
fn main() {
    let mut a = 172;
    let b = 273;
    println!("a: {a}, b: {b}");

    a = 380;
    b = 420;
    println!("a: {}, b: {}", a, b);
}

```

直到第 4 行看起来都是一个简单的程序。但是在第 7 行，变量 `b` —— 一个不可变变量 —— 的值被修改了。


注意打印 Rust 变量值的两种方法。在第 4 行，我将变量括在花括号中，以便打印它们的值。在第 8 行，我保持括号为空，并使用 C 的风格将变量作为参数。这两种方法都是有效的。（除了修改不可变变量的值，这个程序中的所有内容都是正确的。）


来编译一下！如果你按照上一章的步骤做了，你已经知道该怎么做了。



```
$ rustc main.rs
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `b`
 --> main.rs:7:5
  |
3 |     let b = 273;
  |         -
  |         |
  |         first assignment to `b`
  |         help: consider making this binding mutable: `mut b`
...
7 |     b = 420;
  |     ^^^^^^^ cannot assign twice to immutable variable

error: aborting due to previous error

For more information about this error, try `rustc --explain E0384`.

```


> 
> ? “binding” 一词是指变量名。但这只是一个简单的解释。
> 
> 
> 


这很好的展示了 Rust 强大的错误检查和信息丰富的错误信息。第一行展示了阻止上述代码编译的错误信息：



```
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable b

```

这意味着，Rust 编译器注意到我试图给变量 `b` 重新赋值，但变量 `b` 是一个不可变变量。所以这就是导致这个错误的原因。


编译器甚至可以识别出错误发生的确切行和列号。


在显示 `first assignment to b` 的行下面，是提供帮助的行。因为我正在改变不可变变量 `b` 的值，所以我被告知使用 `mut` 关键字将变量 `b` 声明为可变变量。



> 
> ?️ 自己实现一个修复来更好地理解手头的问题。
> 
> 
> 


#### 使用未初始化的变量


现在，让我们看看当我们尝试读取未初始化变量的值时，Rust 编译器会做什么。



```
fn main() {
    let a: i32;
    a = 123;
    println!("a: {a}");

    let b: i32;
    println!("b: {b}");
    b = 123;
}

```

这里，我有两个不可变变量 `a` 和 `b`，在声明时都没有初始化。变量 `a` 在其值被读取之前被赋予了一个值。但是变量 `b` 的值在被赋予初始值之前被读取了。


来编译一下，看看结果。



```
$ rustc main.rs
warning: value assigned to `b` is never read
 --> main.rs:8:5
  |
8 |     b = 123;
  |     ^
  |
  = help: maybe it is overwritten before being read?
  = note: `#[warn(unused_assignments)]` on by default

error[E0381]: used binding `b` is possibly-uninitialized
 --> main.rs:7:19
  |
6 |     let b: i32;
  |         - binding declared here but left uninitialized
7 |     println!("b: {b}");
  |                   ^ `b` used here but it is possibly-uninitialized
  |
  = note: this error originates in the macro `$crate::format_args_nl` which comes from the expansion of the macro `println` (in Nightly builds, run with -Z macro-backtrace for more info)

error: aborting due to previous error; 1 warning emitted

For more information about this error, try `rustc --explain E0381`.

```

这里，Rust 编译器抛出了一个编译时错误和一个警告。警告说变量 `b` 的值从来没有被读取过。


但是这是荒谬的！变量 `b` 的值在第 7 行被访问了。但是仔细看；警告是关于第 8 行的。这很令人困惑；让我们暂时跳过这个警告，继续看错误。


这个错误信息说 `used binding b is possibly-uninitialized`。和之前的例子一样，Rust 编译器指出错误是由于尝试在第 7 行读取变量 `b` 的值而引起的。读取变量 `b` 的值是错误的原因是它的值没有初始化。在 Rust 编程语言中，这是非法的。因此编译时错误出现。



> 
> ?️ 这个错误可以很容易地通过交换第 7 和第 8 行的代码来解决。试一下，看看错误是否消失了。
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### 示例程序：交换数字


现在你已经熟悉了常见的变量相关问题，让我们来看一个交换两个变量值的程序。



```
fn main() {
    let mut a = 7186932;
    let mut b = 1276561;

    println!("a: {a}, b: {b}");

    // 交换变量值
    let temp = a;
    a = b;
    b = temp;

    println!("a: {}, b: {}", a, b);
}

```

我在这里声明了两个变量 `a` 和 `b`。这两个变量都是可变的，因为我希望在后面改变它们的值。我赋予了一些随机值。最初，我打印了这些变量的值。


然后，在第 8 行，我创建了一个名为 `temp` 的不可变变量，并将存储在 `a` 中的值赋给它。之所以这个变量是不可变的，是因为 `temp` 的值不会改变。


要交换值，我将变量 `b` 的值赋给变量 `a`，在下一行，我将 `temp` 的值（它包含 `a` 的值）赋给变量 `b`。现在值已经交换了，我打印了变量 `a` 和 `b` 的值。


在编译并执行上面的代码后，我得到了以下输出：



```
a: 7186932, b: 1276561
a: 1276561, b: 7186932

```

正如你所见，值已经交换了。完美。


### 使用未使用的变量


当你声明了一些变量，打算在后面使用它们，但是还没有使用它们，然后编译你的 Rust 代码来检查一些东西时，Rust 编译器会警告你。


原因是显而易见的。不会被使用的变量占用了不必要的初始化时间（CPU 周期）和内存空间。如果不会被使用，为什么要在程序写上它呢？尽管编译器确实会优化这一点。但是它仍然是一个问题，因为它会以多余的代码的形式影响可读性。


但是，有的时候，你可能会面对这样的情况：创建一个变量与否不在你的控制之下。比如说，当一个函数返回多个值，而你只需要其中的一些值时。在这种情况下，你不能要求库维护者根据你的需要调整他们的函数。


所以，在这种情况下，你可以写一个以下划线开头的变量，Rust 编译器将不再显示这样的警告。如果你真的不需要使用存储在该未使用变量中的值，你可以简单地将其命名为 `_`（下划线），Rust 编译器也会忽略它！


接下来的程序不仅不会生成任何输出，而且也不会生成任何警告和/或错误消息：



```
fn main() {
    let _unnecessary_var = 0; // 没有警告
    let _ = 0.0; // 完全忽略
}

```

### 算术运算


数学就是数学，Rust 并没有在这方面创新。你可以使用在其他编程语言（如 C、C++ 和/或 Java）中使用过的所有算术运算符。


包含可以在 Rust 编程语言中使用的所有运算符和它们的含义的完整列表可以在 [这里](https://doc.rust-lang.org/book/appendix-02-operators.html?ref=itsfoss.com#operators) 找到。


#### 示例程序：一个生锈的温度计


（LCTT 译注：这里的温度计“生锈”了是因为它是使用 Rust（生锈）编写的，原作者在这里玩了一个双关。）


接下来是一个典型的程序，它将华氏度转换为摄氏度，反之亦然。



```
fn main() {
    let boiling_water_f: f64 = 212.0;
    let frozen_water_c: f64 = 0.0;

    let boiling_water_c = (boiling_water_f - 32.0) * (5.0 / 9.0);
    let frozen_water_f = (frozen_water_c * (9.0 / 5.0)) + 32.0;

    println!(
        "Water starts boiling at {}°C (or {}°F).",
        boiling_water_c, boiling_water_f
    );
    println!(
        "Water starts freezing at {}°C (or {}°F).",
        frozen_water_c, frozen_water_f
    );
}

```

没什么大不了的……华氏温度转换为摄氏温度，反之亦然。


正如你在这里看到的，由于 Rust 不允许自动类型转换，我不得不在整数 32、9 和 5 后放一个小数点。除此之外，这与你在 C、C++ 和/或 Java 中所做的类似。


作为练习，尝试编写一个程序，找出给定数中有多少位数字。


### 常量


如果你有一些编程知识，你可能知道这意味着什么。常量是一种特殊类型的变量，它的值**永远不会改变**。*它保持不变*。


在 Rust 编程语言中，使用以下语法声明常量：



```
const CONSTANT_NAME: data_type = value;

```

如你所见，声明常量的语法与我们在 Rust 中看到的变量声明非常相似。但是有两个不同之处：


* 常量的名字需要像 `SCREAMING_SNAKE_CASE` 这样。所有的大写字母和单词之间用下划线分隔。
* 常量的数据类型**必须**被显性定义。


#### 变量与常量的对比


你可能在想，既然变量默认是不可变的，为什么语言还要包含常量呢？


接下来这个表格应该可以帮助你消除疑虑。（如果你好奇并且想更好地理解这些区别，你可以看看[我的博客](https://blog.thefossguy.com/posts/immutable-vars-vs-constants-rs.md?ref=itsfoss.com)，它详细地展示了这些区别。）


![一个展示 Rust 编程语言中变量和常量之间区别的表格](/data/attachment/album/202305/01/145031yte8qc9cm85ytsut.png)


#### 使用常量的示例程序：计算圆的面积


这是一个很直接的关于 Rust 中常量的简单程序。它计算圆的面积和周长。



```
fn main() {
    const PI: f64 = 3.14;
    let radius: f64 = 50.0;

    let circle_area = PI * (radius * radius);
    let circle_perimeter = 2.0 * PI * radius;

    println!("有一个周长为 {radius} 厘米的圆");
    println!("它的面积是 {} 平方厘米", circle_area);
    println!(
        "以及它的周长是 {} 厘米",
        circle_perimeter
    );
}

```

如果运行代码，将产生以下输出：



```
有一个周长为 50 厘米的圆
它的面积是 7850 平方厘米
以及它的周长是 314 厘米

```

### Rust 中的变量遮蔽


如果你是一个 C++ 程序员，你可能已经知道我在说什么了。当程序员**声明**一个与已经声明的变量同名的新变量时，这就是变量遮蔽。


与 C++ 不同，Rust 允许你在同一作用域中执行变量遮蔽！



> 
> ? 当程序员遮蔽一个已经存在的变量时，新变量会被分配一个新的内存地址，但是使用与现有变量相同的名称引用。
> 
> 
> 


来看看它在 Rust 中是如何工作的。



```
fn main() {
    let a = 108;
    println!("a 的地址: {:p}, a 的值 {a}", &a);
    let a = 56;
    println!("a 的地址: {:p}, a 的值: {a} // 遮蔽后", &a);

    let mut b = 82;
    println!("\nb 的地址: {:p}, b 的值: {b}", &b);
    let mut b = 120;
    println!("b的地址: {:p}, b的值: {b} // 遮蔽后", &b);

    let mut c = 18;
    println!("\nc 的地址: {:p}, c的值: {c}", &c);
    c = 29;
    println!("c 的地址: {:p}, c的值: {c} // 遮蔽后", &c);
}

```

`println` 语句中花括号内的 `:p` 与 C 中的 `%p` 类似。它指定值的格式为内存地址（指针）。


我在这里使用了 3 个变量。变量 `a` 是不可变的，并且在第 4 行被遮蔽。变量 `b` 是可变的，并且在第 9 行也被遮蔽。变量 `c` 是可变的，但是在第 14 行，只有它的值被改变了。它没有被遮蔽。


现在，让我们看看输出。



```
a 的地址: 0x7ffe954bf614, a 的值 108
a 的地址: 0x7ffe954bf674, a 的值: 56 // 遮蔽后

b 的地址: 0x7ffe954bf6d4, b 的值: 82
b 的地址: 0x7ffe954bf734, b 的值: 120 // 遮蔽后

c 的地址: 0x7ffe954bf734, c 的值: 18
c 的地址: 0x7ffe954bf734, c 的值: 29 // 遮蔽后

```

来看看输出，你会发现不仅所有三个变量的值都改变了，而且被遮蔽的变量的地址也不同（检查十六进制的最后几个字符）。


变量 `a` 和 `b` 的内存地址改变了。这意味着变量的可变性或不可变性并不是遮蔽变量的限制。


### 总结


本文介绍了 Rust 编程语言中的变量和常量。还介绍了算术运算。


做个总结：


* Rust 中的变量默认是不可变的，但是可以引入可变性。
* 程序员需要显式地指定变量的可变性。
* 常量总是不可变的，无论如何都需要类型注释。
* 变量遮蔽是指使用与现有变量相同的名称声明一个 *新* 变量。


很好！我相信和 Rust 一起的进展不错。在下一章中，我将讨论 Rust 中的数据类型。敬请关注。


与此同时，如果你有任何问题，请告诉我。


*（题图：MJ/7c5366b8-f926-487e-9153-0a877145ca5）*




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via: <https://itsfoss.com/rust-variables/>


作者：[Pratham Patel](https://itsfoss.com/author/pratham/) 选题：[lkxed](https://github.com/lkxed/) 译者：[Cubik](https://github.com/Cubik65536) 校对：[wxy](https://github.com/wxy)


本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出

