Rust 变量与可变性

变量与可变性

Rust中变量默认是不可变的，这是 Rust 鼓励你编写更安全、易于并发代码的众多方式之一。不过，你仍然可以选择让变量可变。让我们来探讨 Rust 为什么鼓励你优先使用不可变性，以及为什么有时你可能需要选择可变性。

当变量是不可变的时，一旦一个值被绑定到名字上，你就无法更改该值。为说明这一点，请在你的项目目录下用 cargo new variables 创建一个新项目。

然后，在新建的 variables 目录下，打开 src/main.rs，并将其代码替换为以下内容（此代码暂时无法编译）：

文件名：src/main.rs

此代码编译不通过！

fn main() {let x = 5;println!("The value of x is: {x}");x = 6;println!("The value of x is: {x}");
}

保存并使用 cargo run 运行程序。你会收到关于不可变性错误的提示，如下所示：

$ cargo runCompiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `x`--> src/main.rs:4:5|
2 |     let x = 5;|         - first assignment to `x`
3 |     println!("The value of x is: {x}");
4 |     x = 6;|     ^^^^^ cannot assign twice to immutable variable|
help: consider making this binding mutable|
2 |     let mut x = 5;|         +++

有关此错误的更多信息，请尝试 rustc --explain E0384。
error: could not compile variables (bin “variables”) due to 1 previous error

这个例子展示了编译器如何帮助你发现程序中的错误。

你收到“不能对不可变变量 x 进行二次赋值”的错误，是因为你试图给不可变变量 x 赋第二个值。

当我们试图更改被指定为不可变的值时，在编译时报错是很有价值的，因为不应改变值的变量发生了改变很容易导致 bug。如果代码的一部分要求某个值永远不变，而另一部分代码却改变了这个值，那么第一部分代码可能就无法按预期工作。尤其是当第二部分代码只在某些情况下才改变值时，这种 bug 很难追踪。Rust 编译器保证你声明值不会改变时，它真的不会改变，因此你无需自己跟踪。这样你的代码更易于理解。

但可变性有时非常有用，也能让代码更方便编写。虽然变量默认是不可变的，但我们可以在变量名前加上 mut 使其可变。加上 mut 也向未来的代码阅读者传达了意图，表明代码的其他部分会更改该变量的值。

例如，让我们将 src/main.rs 改为如下内容：

文件名：src/main.rs

fn main() {let mut x = 5;println!("The value of x is: {x}");x = 6;println!("The value of x is: {x}");
}

现在运行程序，输出如下：

$ cargo runCompiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.30sRunning `target/debug/variables`
The value of x is: 5
The value of x is: 6

使用 mut 后，我们可以将 x 的值从 5 改为 6。最终，是否使用可变性取决于我们实际的需求和应用场景。

常量

与不可变变量类似，常量也是绑定到名字上的值，且不允许更改，但常量和变量之间有一些区别。

首先，常量不能使用 mut。常量不仅默认不可变——它们始终不可变。我们需要用 const 关键字声明常量，而不是 let，并且必须标注值的类型。

常量可以在任何作用域声明，包括全局作用域，从而可供多个模块或代码片使用。

最后一个区别是，常量只能被赋值为常量表达式，而非在运行时计算的值。

下面是一个常量声明的例子：

const THREE_HOURS_IN_SECONDS: u32 = 60 * 60 * 3;

常量名为 THREE_HOURS_IN_SECONDS，其值为 60（每分钟的秒数）乘以 60（每小时的分钟数）再乘以 3（我们想要计算的小时数）。Rust 的常量命名约定是全大写并用下划线分隔单词。编译器能在编译时完成有限的运算，这让我们可以用更易理解的方式写出这个值，而不是直接写 10,800。更多关于常量声明时可用操作的信息，请参阅 Rust Reference 的常量求值部分。

在声明的作用域内，常量于整个程序运行期间都有效。此属性使得常量可以作为多处代码使用的全局范围的值，例如一个游戏中所有玩家可以获取的最高分或者光速。

将程序中用到的硬编码值声明为常量，能帮助后来的代码维护人员了解值的意图。如果将来需要更改硬编码值，也只需改动一处即可。

遮蔽（Shadowing）

正如你在第 2 章的猜数字游戏教程中看到的，你可以用相同的名字声明新变量。Rustacean 称第一个变量被第二个变量“遮蔽”，即编译器在使用变量名时会看到第二个变量。实际上，第二个变量覆盖了第一个变量，直到它自己被遮蔽或作用域结束。我们可以通过重复使用 let 关键字和相同变量名来遮蔽变量，如下所示：

文件名：src/main.rs

fn main() {let x = 5;let x = x + 1;{let x = x * 2;println!("The value of x in the inner scope is: {x}");}println!("The value of x is: {x}");
}

该程序首先将 x 绑定为 5。然后通过 let x = x + 1; 创建了一个新变量 x，此时 x 的值为 6。接着，在用花括号创建的内部作用域中，第三个 let 语句再次遮蔽 x，创建了一个新变量，其值为前一个值乘以 2，即 12。当该作用域结束后，内部遮蔽结束，x 恢复为 6。运行该程序，输出如下：

$ cargo runCompiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31sRunning `target/debug/variables`
The value of x in the inner scope is: 12
The value of x is: 6

遮蔽与将变量标记为 mut 不同，因为如果你试图在没有使用 let 关键字的情况下重新赋值，会得到编译时错误。通过使用 let，我们可以对值进行多次转换，但在这些转换完成后变量仍然是不可变的。

mut 和遮蔽的另一个区别是，使用 let 关键字实际上创建了一个新变量，因此我们可以更改值的类型，但仍然复用相同的名字。例如，假设我们的程序让用户输入文本之间要有多少个空格，用户输入空格字符后，我们想把这个输入存储为数字：

let spaces = "   ";
let spaces = spaces.len();

第一个 spaces 变量是字符串类型，第二个 spaces 变量是数字类型。遮蔽让我们无需起不同的名字（如 spaces_str 和 spaces_num），而可以复用更简单的 spaces 名字。但如果我们尝试用 mut，如下所示，会得到编译时错误：

此代码无法编译！

let mut spaces = "   ";
spaces = spaces.len();

错误提示我们不能更改变量的类型：

$ cargo runCompiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
error[E0308]: mismatched types--> src/main.rs:3:14|
2 |     let mut spaces = "   ";|                      ----- expected due to this value
3 |     spaces = spaces.len();|              ^^^^^^^^^^^^ expected `&str`, found `usize`

有关此错误的更多信息，请尝试 rustc --explain E0308。
error: could not compile variables (bin “variables”) due to 1 previous error

整体代码示例如下：

fn main() {// 变量可变性  let mut x = 5;println!("The value of x is: {x}");x = 6;println!("The value of x is: {x}");// 常量const MAX_POINTS: u32 = 100_000;println!("The maximum points is: {MAX_POINTS}");// 变量遮蔽let x = 5;let x = x + 1;{let x = x * 2;println!("The value of x in the inner scope is: {x}");}println!("The value of x in the outer scope is: {x}");
}

运行结果如下

The value of x is: 5
The value of x is: 6
The maximum points is: 100000
The value of x in the inner scope is: 12
The value of x in the outer scope is: 6

现在我们已经了解了变量的工作方式，接下来让我们看看它们可以拥有的数据类型。