Rust語言教程(3) - 數(shù)組與向量
上一節(jié)我們采摘了不少低矮的果實，將其它語言學到的知識遷移到Rust 中來。這一節(jié)我們?nèi)匀焕^續(xù)采摘。
在數(shù)據(jù)結構中，最經(jīng)常使用的就是定長的數(shù)組和變長的向量。
數(shù)組
Rust的數(shù)組除了是把類型和長度放在一個方括號里之外，沒有什么特別的。我們直接上例子：
let mut a_101 : [i32;3] = [0,0,0];
a_101[0] = 1;
println!("{:?}",a_101);
如果數(shù)組比較長，列舉起來比較麻煩，可以采用"[值|長度]"這樣的格式來進行初始化：
let mut a_102 : [i64;100] = [0i64;100];
a_102[99] = 100_i64;
println!("{:?}",a_102);
切片
我們可以使用切片來對數(shù)組的內(nèi)容進行操作。切片默認不能修改數(shù)據(jù)，所以也不需要獲取所有權，使用起來跟我們熟悉的語言差不多。
可以采用"[n..]"的方式，取從第n個元素開始到結尾的切片。
例：
let a_103 = &a_102[1..];
println!("{:?}",a_103);
這樣a_103獲取的是一個99個元素的切片。
雖然a_102數(shù)組本身是mut可以修改的，但是切片a_103是只讀的。
比如我們想給a_103中的下標賦值，就會報錯：
174 | a_103[0] = 1;
| ^^^^^^^^^^^^ `a_103` is a `&` reference, so the data it refers to cannot be written
解決方案也很簡單，給切片也加上mut就好了。我們看個例子：
let a_104 = &mut a_102[..10];
a_104[0] = 0xFF;
println!("{:?}",a_104);
輸出結果為：
[255, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
多維數(shù)組
數(shù)組的元素仍然可以是數(shù)組，這樣就構成了多維數(shù)組。
比如我們先來一個二維的：
let mut a_105 = [[1,2],[3,4]];
我們再堆一個三維的：
let mut a_106 : [[[i32;2];2];2] = [[[0x55AA;2];2];2];
println!("{:?}",a_106);
輸出結果為：
[[[21930, 21930], [21930, 21930]], [[21930, 21930], [21930, 21930]]]
元素的訪問方法也是我們熟悉的方式，我們來看個例子：
let mut a_105 = [[1,2],[3,4]];
a_105[0]= [5,5];
a_105[1][1] = 1i32;
println!("{:?}",a_105);
let mut a_106 : [[[i32;2];2];2] = [[[0x55AA;2];2];2];
a_106[0][0][0]= 0x10;
println!("{:?}",a_106);
輸出結果為：
[[5, 5], [3, 1]]
[[[16, 21930], [21930, 21930]], [[21930, 21930], [21930, 21930]]]
向量
數(shù)組一旦在編譯期確定，容量就不可變。如果需要動態(tài)增刪元素，可以使用向量。
向量使用起來很方便，通過vec!宏就可以生成一個空的容器，然后用push方法添加新元素。
我們看個例子：
let mut vec1 = vec!();
vec1.push(1);
vec1.push(2);
println!("{:?}",vec1);
輸出結果為：
[1, 2]
我們也可以使用序列來生成向量：
let mut vec2 :Vec<i32> = (1..=10).collect();
println!("{:?}",vec2);
輸出結果為：
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
向量的長度和容量
與大家可能使用過的容器類似，Rust的向量也有長度和容量兩個屬性。長度表示當前容器中的元素數(shù)量，而容量表示最大容納的元素數(shù)。
我們把上面例子中的向量的長度和容量打印一下：
let mut vec1 = vec!();
vec1.push(1);
vec1.push(2);
println!("{:?} {} {}",vec1, vec1.len(),vec1.capacity());
我們使用vec!宏而不是直接調(diào)用Vec::new其實就隱含了預分配容量的考慮。
如果我們想手動設置初始的容量的話，可以使用Vec的with_capacity方法。
let mut vec3 = Vec::with_capacity(10);
如果想把容量變小，可以再調(diào)用truncate方法將其變小，多余的數(shù)據(jù)將被拋棄。如果truncate的大小超過當前容量，則什么也不會發(fā)生。
let mut vec3 = Vec::with_capacity(10);
vec3.push(-1.0);
vec3.truncate(2);
println!("{:?}",vec3);
向量的切片
向量同樣可以用切片進行訪問和修改元素，我們看個例子：
let vs1 = &mut vec1;
vs1[0] = 100;
println!("{:?}",vs1);
向量的插入
向量作為一個動態(tài)數(shù)據(jù)結構，當然不只是從末端插入這一種做法，可以從任意位置使用insert方法添加元素。
例：
vec1.insert(0,100);
向量刪除元素
有push，對應就有pop，刪除末尾的元素。
我們還以之前的例子為例，pop會將最后push進來的2給pop出來：
let mut vec1 = vec!();
vec1.push(1);
vec1.push(2);
vec1.insert(0,100);
let e1 = vec1.pop();
println!("{:?} {} {}",vec1, vec1.len(),vec1.capacity());
println!("{:?}",e1);
輸出結果為:
[100, 1] 2 4
Some(2)
Some是可選對象，熟悉ocaml的同學應該不陌生，這是一種支持可能為空的結構。
對應于insert的是remove方法，可以指定刪除某一位置上的元素。
例：
vec1.remove(1);
與pop不同的是, remove并不返回被刪除的對象，刪了就是沒了。
最后是clear方法，將所有元素都清除掉，恢復成空向量：
vec1.clear()
只保留符合條件的元素
向量提供了retain方法用于只保留符合條件的元素。
比如我們只想保留偶數(shù)：
let mut vec2 :Vec<i32> = (1..=10).collect();
vec2.retain(|&x| x % 2 == 0);
println!("{:?}",vec2);
輸出結果為：
[2, 4, 6, 8, 10]
交換元素
Vec支持swap方法用于交換兩個位置上的元素：
let mut vec2 :Vec<i32> = (1..=10).collect();
vec2.retain(|&x| x % 2 == 0);
vec2.swap(1,2);
println!("{:?}",vec2);
輸出結果就變成：
[2, 6, 4, 8, 10]
反轉
Vec支持reverse方法將列表反序，我們還在上面的例子上改造：
let mut vec2 :Vec<i32> = (1..=10).collect();
vec2.retain(|&x| x % 2 == 0);
vec2.swap(1,2);
vec2.reverse();
println!("{:?}",vec2);
輸出的結果變成：
[10, 8, 4, 6, 2]
排序
Vec支持sort方法對向量進行排序，目前的實現(xiàn)方法是歸并排序的一種timsort。這是一種穩(wěn)定排序，也就是對于值相同的元素，它們之間的原始順序不會改變。
let mut vec2 :Vec<i32> = (1..=10).collect();
vec2.retain(|&x| x % 2 == 0);
vec2.swap(1,2);
vec2.reverse();
vec2.sort();
println!("{:?}",vec2);
結果又恢復成了[2, 6, 4, 8, 10]。
如果想用快速排序這種不穩(wěn)定排序的話，Vec也支持一種快速排序的變種unstable_sort方法。這是結合了隨機化快速排序和堆排序的一種排序方法，有興趣的同學可以看下原理：https://github.com/orlp/pdqsort。
例：
vec2.sort_unstable();
這里需要注意一點Rust特色的東西，就是浮點數(shù)不能直接調(diào)用上面的兩個排序方法。因為浮點數(shù)中有NaN，而NaN是沒有偏序關系的。
口說無憑，我們實際來看一下：
let mut vec_f = vec!();
let mut v_1 = 1.0f64;
for i in 1..=10 {
vec_f.push(v_1);
v_1 += 1.0;
}
vec_f.sort();
運行結果如下：
error[E0277]: the trait bound `f64: Ord` is not satisfied
--> src/main.rs:222:11
|
222 | vec_f.sort();
| ^^^^ the trait `Ord` is not implemented for `f64`
sort需要Ord trait，而f64類型因為NaN的緣故實現(xiàn)不了Ord trait. trait可以先理解為其它語言中的接口或者抽象類。
這咋辦呢？特事特辦。針對浮點數(shù)的集合來說，偏序是實現(xiàn)不了的，但是針對要排序的向量，只要其中不含NaN，我們就可以對其進行排序：
let mut vec_f = vec!();
let mut v_1 = 1.0f64;
for i in 1..=10 {
vec_f.push(v_1);
v_1 += 1.0;
}
vec_f.sort_by(|a, b| b.partial_cmp(a).unwrap());
println!("{:?}",vec_f);
輸出結果為：
[10.0, 9.0, 8.0, 7.0, 6.0, 5.0, 4.0, 3.0, 2.0, 1.0]
小結
上節(jié)我們學習了Rust的基本類型和流程控制語句，加上本節(jié)的不可變和可變兩種容器數(shù)組和向量，有很多邏輯上的代碼已經(jīng)可以開始寫了。而且應該還很舒適，沒有太體會到Rust與其它語言的不同。
