Rust常用的标准库工具有哪些

本篇内容主要讲解“Rust常用的标准库工具有哪些”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“Rust常用的标准库工具有哪些”吧!

Prelude

我们一般使用use语句把其他模块的内容引入当前模块中，但对于标准库中一些非常常用的工具，每次都写use语句就过于冗余，因此标准库提供了一个std::prelude模块，在这个模块中导出一些最常见的工具，然后编译器为用户编写的每一个crate都自动插入一句话：

use std::prelude::*;

如此，一些最常见的工具就可以直接使用，而无需use了。对这个std::prelude模块所包含内容的权衡是需要细致考量的，因为如果包含的内容过多则会引入很多不被使用的工具，这反倒不美了。当下的std::prelude模块中包含的内容在std::prelude::v1中。

类型转换

除了as关键字可以用来进行基本类型之间的转换，Rust还提供了很多trait来实现自定义类型之间的转换。

AsRef / AsMut

AsRef的含义是该类型可以通过调用as_ref方法得到另外一个类型的共享引用，同理，AsMut得到的是另外一个类型的可读写引用，它们的定义如下：

pub trait AsRef<T: ?Sized> {
    fn as_ref(&self) -> &T;
}

pub trait AsMut<T: ?Sized> {
    fn as_mut(&mut self) -> &mut T;
}

AsRef很适合用于泛型代码中，例如，下面的泛型函数接受各种类型，只要可以被转换为&[u8]即可：

fn iter_bytes<T: AsRef<[u8]>>(arg: &T) {
    for i in arg.as_ref() {
        println!("{}", i);
    }
}

fn main() {
    let s = String::from("this is a string");
    let v = vec![1, 2, 3];
    let c = "hello";

    iter_bytes(&s);
    iter_bytes(&v);
    iter_bytes(&c);
}

Borrow / BorrowMut

Borrow、BorrowMut这两个trait的设计和AsRef、AsMut很类似：

pub trait Borrow<Borrowed: ?Sized> {
    fn borrow(&self) -> &Borrowed;
}

pub trait BorrowMut<Borrowed: ?Sized>: Borrow<Borrowed> {
    fn borrow_mut(&mut self) -> &mut Borrowed;
}

但区别在于两点：

• 标准库为所有的T、&T和&mut T默认实现了Borrow、BorrowMut，以Borrow为例：

impl<T: ?Sized> Borrow<T> for T {
    fn borrow(&self) -> &T {
        self
    }
}

impl<T: ?Sized> Borrow<T> for &T {
    fn borrow(&self) -> &T {
        &**self
    }
}

impl<T: ?Sized> Borrow<T> for &mut T {
    fn borrow(&self) -> &T {
        &**self
    }
}

• Borrow要求返回的类型，必须和原来的类型具备同样的hash值。这是一个约定，如果违反了这个约定，那么把这个类型放到HashMap里时可能会出现问题。

From / Into

AsRef和Borrow都是从&T到&U的转换，而From/Into是从T到U的转换：

pub trait From<T>: Sized {
    fn from(_: T) -> Self;
}
pub trait Into<T>: Sized {
    fn into(self) -> T;
}

由于From和Into是互逆的一组转换，因此标准库提供了这样一个实现：

impl<T, U> Into<U> for T
where
    U: From<T>,
{
    fn into(self) -> U {
        U::from(self)
    }
}

这段代码的含义是：如果存在U: From<T>，则为类型T实现Into<U>。也就是说，我们只需为类型实现From即可，Into会自动实现。标准库中还有一组对应的TryFrom和TryInto，他们是为了处理类型转换过程中可能发生转换错误的情况，因此返回值是Result类型。

ToOwned

ToOwned提供一种更泛化的Clone的功能，Clone是从&T类型变量创造一个新的T类型变量，而ToOwned是从一个&T类型变量创造一个新的U类型变量，标准库中也提供了ToOwned调用clone方法的默认实现：

pub trait ToOwned {
    type Owned: Borrow<Self>;

    fn to_owned(&self) -> Self::Owned;

    fn clone_into(&self, target: &mut Self::Owned) {
        *target = self.to_owned();
    }
}

impl<T> ToOwned for T
where
    T: Clone,
{
    type Owned = T;
    fn to_owned(&self) -> T {
        self.clone()
    }

    fn clone_into(&self, target: &mut T) {
        target.clone_from(self);
    }
}

ToString / FromStr

ToString提供了其他类型转换为String类型的能力：

pub trait ToString {
    fn to_string(&self) -> String;
}

标准库中为所有实现了Displaytrait的类型默认实现了ToString，而Display可以通过derive实现：

impl<T: fmt::Display + ?Sized> ToString for T {
    default fn to_string(&self) -> String {
        use fmt::Write;
        let mut buf = String::new();
        buf.write_fmt(format_args!("{}", self))
            .expect("a Display implementation returned an error unexpectedly");
        buf
    }
}

FromStr提供了从字符串切片向其他类型转换的能力：

pub trait FromStr: Sized {
    type Err;
    fn from_str(s: &str) -> Result<Self, Self::Err>;
}

IO

这里的IO指的是标准输入输出和文件输入输出。

标准输入输出

我们之前介绍过的println!宏可以方便地随手输出一些信息，但如果要对标准输入输出作更精细的控制，则需要调用std::io::stdin()函数和std::io::stdout()函数来获取Stdin和Stdout结构体的实例。这两个实例的简单用法如下：

use std::io::{self, Read};

fn main() -> io::Result<()> {
    let mut buffer = String::new();
    let mut stdin = io::stdin(); 
    stdin.read_to_string(&mut buffer)?;
    Ok(())
}

为了线程安全考虑，每次读取操作都需要上锁，这降低了效率。解决的方法是手动调用lock()方法，但这又增添了使用标准输入输出的复杂度。

事实上，我们受学生时代做各种C语言大作业的影响，导致我们认为标准输入输出是非常重要的功能，可我们细想一下，正儿八经的命令行程序谁会用标准输入来和用户交互呢？一般都是通过两种方式，一则是调用程序的时候指定参数，另一则是通过文件读取用户配置。

文件输入输出

文件输入输出首先要解决路径问题。Rust中的字符串类型是String和str，它们都是用utf-8进行编码的。但是，在具体的操作系统上并不是统一使用utf-8编码，为了应付这种情况，Rust中设计了OsString和OsStr，这两种类型使用方法和String和str类似，并且它们之间也可以互相转换。

Rust标准库提供了std::path::PathBuf和std::path::Path来处理路径，PathBuf对内部数据拥有所有权，而Path只是借用，事实上，PathBuf内部存储了一个OsString，而Path则是存储了Path。

Rust的文件操作主要通过std::fs::File来完成，可以实现打开、创建、复制等文件操作。对于文件的读写，就要用到std::io模块中的一些trait了，例如Read和Write。File实现了这 两个trait，因此拥有read等读取文件的方法。

下面看一个例子来演示说明文件输入输出的方法：

use std::fs::File;
use std::io::{BufRead, BufReader, Read};

fn test_read_file() -> Result<(), std::io::Error> {
    let mut path = std::env::current_dir().unwrap();
    path.push("Cargo.toml");

    let mut file = File::open(&path)?;
    let mut buffer = String::new();
    file.read_to_string(&mut buffer)?;

    println!("{}", buffer);
    Ok(())
}

fn main() {
    match test_read_file() {
        Ok(_) => {}
        Err(e) => {
            println!("{}", e);
        }
    }
}

容器

和C++的STL类似，Rust的标准库也给我们提供了一些比较常用的容器以及相关的迭代器，目前实现了的容器有：

这里不详细展开讲，以后会对各个容器的用法和实现原理进行深入探究。

迭代器

Rust中的迭代器是指实现了std::iter::Iterator这个trait的类型，其定义如下：

pub trait Iterator {
    type Item;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
    ...
}

它最主要的方法是next()，返回一个Option<Item>，迭代完成则返回None。实现了Iterator的类型可直接用于for循环。

迭代器拥有一个很重要的特性，就是它是可组合的，这有点类似于Java中的流式编程。Iterator中有很多方法，它们返回的类型也实现了Iterator，这意味着，我们调用这些方法可以从一个迭代器创造出一个新的迭代器，例如：

fn main() {
    let v = vec![1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8];
    let mut iter = v
        .iter()
        .take(5)
        .filter(|&x| x % 2 == 0)
        .map(|&x| x * x)
        .enumerate();
    while let Some((i, v)) = iter.next() {
        println!("{}: {}", i, v);
    }
}

这段代码的含义是：从v这个Vec的前五个元素中筛选元素，要求它必须是2的倍数，并把该元素进行平方，因此，最终的输出结果是0: 4和1: 16。

运算符重载

Rust支持自定义类型重载部分运算符，只需该类型实现std::ops模块下相应的trait即可。以Add为例：

pub trait Add<Rhs = Self> {
    type Output;
    fn add(self, rhs: Rhs) -> Self::Output;
}

它具备一个泛型参数RHS和一个关联类型Output。标准库中早已为基本的数字类型实现了这个trait：

macro_rules! add_impl {
    ($($t:ty)*) => ($(
        #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
        impl Add for $t {
            type Output = $t;

            #[inline]
            #[rustc_inherit_overflow_checks]
            fn add(self, other: $t) -> $t { self + other }
        }

        forward_ref_binop! { impl Add, add for $t, $t }
    )*)
}

add_impl! { usize u8 u16 u32 u64 u128 isize i8 i16 i32 i64 i128 f32 f64 }

到此，相信大家对“Rust常用的标准库工具有哪些”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是亿速云网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！