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【0】准备
【1】构文・整数・变量
【2】 if・Panic・演练 ←前次
【3】可变性・循环・溢出 本次
这是“100 Exercise To Learn Rust”的第三次练习！这次是关于两个循环结构的讨论，可能与上上次练习中讨论的溢出有关！
本次相关的页面如下：
- 2.6. Loops: while
- 2.7. Loops: for
- 2.8. Overflow and underflow
那么让我们开始吧
[02_basic_calculator/06_while] while
- 2.6. Loops: while
问题如下
// Rewrite the factorial function using a `while` loop.
pub fn factorial(n: u32) -> u32 {// The `todo!()` macro is a placeholder that the compiler// interprets as "I'll get back to this later", thus// suppressing type errors.// It panics at runtime.todo!()
}#[cfg(test)]
mod tests {use crate::factorial;#[test]fn first() {assert_eq!(factorial(0), 1);}#[test]fn second() {assert_eq!(factorial(1), 1);}#[test]fn third() {assert_eq!(factorial(2), 2);}#[test]fn fifth() {assert_eq!(factorial(5), 120);}
}
上一次，我们用递归方式编写了计算阶乘的代码，这次的任务似乎是要将其改写为使用 while 循环的方式。
todo! 宏还未实现，并且在代码执行到这里时会引起 panic。可能在未来的某个练习中会处理这个宏。因为 todo! 宏具有一种特殊的性质，即它可以返回与函数返回类型相同的值，所以它通常不会导致编译错误。
无论如何，看起来我们需要将这部分代码替换成 while 循环。
解説
pub fn factorial(n: u32) -> u32 {let mut res = 1;let mut i = 1;while i <= n {res *= i;i += 1;}res
}
我真的很想用 for 循环来写这段代码……因为平时并不会这么勉强地使用 while 循环，所以这次反而让我有点手忙脚乱了……
在这个问题中出现了两个新的要素：
while循环mut关键字
看起来这节内容顺便引入了“可变性”这个概念。实际上，这个关键词经常在类似的循环结构中使用，所以这也是很合理的。
在 Rust 中，所有变量默认都是不可变的。除非有意为之，否则这种不可变性会贯穿到结构体、引用、数组等各种情况中。值不变的特性可以为阅读代码的人带来安心感，从而避免诸如“这个函数是否以可变引用传递了变量？”这样的多余猜测，进而实现更清晰明确的编码风格。
然而，当一切都是不可变的时，有时会显得不方便，其中一个典型例子就是循环中的变量。为了应对这种情况，当你想要使用可变变量时，可以使用 mut 关键字。通过这个关键字，你可以明确地告知代码的阅读者：“这个变量可能会因为副作用而发生变化”。
让我们回到 while 循环的讨论上来。（就像 if 表达式一样），除了条件部分没有被括号包围之外，while 循环与其他语言并没有太大区别。与 if 表达式不同，while 循环在被评估后不会立即确定返回值，因此它不具有表达式的性质（伏笔）。
没有
i++吗？在 Rust 中没有增量运算符 (
++)。我想这可能就是原因 。本质上，
i++这一单行语句做的事情太多了。由于 Rust 语言不太喜欢“偷懒”的语法（在引入新特性时非常谨慎），所以故意没有提供类似的运算符。
[02_basic_calculator/07_for] for
- 2.7. Loops: for
终于可以用 for 循环来写代码了...！
// Rewrite the factorial function using a `for` loop.
pub fn factorial(n: u32) -> u32 {todo!()
}#[cfg(test)]
mod tests {use crate::factorial;#[test]fn first() {assert_eq!(factorial(0), 1);}#[test]fn second() {assert_eq!(factorial(1), 1);}#[test]fn third() {assert_eq!(factorial(2), 2);}#[test]fn fifth() {assert_eq!(factorial(5), 120);}
}
阶乘真是个优秀的题目，可以作为这么多问题的练习题...
解説
pub fn factorial(n: u32) -> u32 {let mut res = 1;for i in 1..=n {res *= i;}res
}
通过将循环变量的作用域限制在 for 循环内，代码比使用 while 循环更加简洁！由于 i 不需要 mut 关键字，因此保证了在每个循环中 i 是不可变的，这一点非常好。
不过，仍然有一个可变变量 res 存在……如果采用类似迭代器的写法（例如使用 map或 reduce等），甚至可以去掉这个可变变量。
这与后面可能会涉及到的“迭代器”有关，1..=5 是生成 1, 2, 3, 4, 5 的 Range 类型的值，并不是 for 循环所特有的语法。for 循环的语法实际上是 for 变量 in 迭代器 {}，它从 Range 类型等迭代器中逐个取出元素进行处理。
loop表达式
while和for不返回值，因此它们不是表达式。然而，loop表达式可以返回值（这也是之前提到的伏笔）。
loop表达式写作loop {}，它意味着while true {}，即一个无限循环的专用语法。由于
loop是专用于无限循环的，所以必须使用break才能退出，因此通过使用break可以返回一个值。let mut i = 0;let res = loop {if i == 10 {break i;}println!("{}", i);i += 1; };println!("{}", res);通过
break i;退出循环时，作为表达式返回了i的值！……不过，我认为使用的机会应该不多。我只是觉得这是一个有趣的语法，所以介绍一下。
[02_basic_calculator/08_overflow] オーバーフロー
- 2.8. Overflow and underflow
问题如下
// Customize the `dev` profile to wrap around on overflow.
// Check Cargo's documentation to find out the right syntax:
// https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/profiles.html
//
// For reasons that we'll explain later, the customization needs to be done in the `Cargo.toml`
// at the root of the repository, not in the `Cargo.toml` of the exercise.pub fn factorial(n: u32) -> u32 {let mut result = 1;for i in 1..=n {result *= i;}result
}#[cfg(test)]
mod tests {use crate::factorial;#[test]fn twentieth() {// 20! is 2432902008176640000, which is too large to fit in a u32// With the default dev profile, this will panic when you run `cargo test`// We want it to wrap around insteadassert_eq!(factorial(20), 2_192_834_560);// ☝️// A large number literal using underscores to improve readability!}#[test]fn first() {assert_eq!(factorial(0), 1);}#[test]fn second() {assert_eq!(factorial(1), 1);}#[test]fn third() {assert_eq!(factorial(2), 2);}#[test]fn fifth() {assert_eq!(factorial(5), 120);}
}
刚才的问题答案已经写出来了……！
虽然这问题有点难以理解，但看起来问题的意思是：“20! = 2432902008176640000 这个结果太大了，会导致溢出并引发 panic，所以请通过修改 Cargo.toml 的设置，避免出现 panic！”
解説
在项目的 Cargo.toml 文件中（不是 exercises 内各个问题的 Cargo.toml，而是项目根目录下的 Cargo.toml文件），需要添加一个设置，用来在发生溢出时忽略它。
[workspace]
members = ["exercises/*/*", "helpers/common", "helpers/mdbook-exercise-linker", "helpers/ticket_fields"]
resolver = "2"+ [profile.dev]+ overflow-checks = false
……不，这也太勉强了吧……？！顺便提一下，在 dev（调试构建）中，overflow-checks 的默认值是 true，而在 release（发布构建）中，默认值是 false。在 AtCoder上选择 Rust 进行解答时，实际上是进行发布构建，所以在本地（调试构建）时由于溢出导致运行时错误（RE），但提交后显示为错误答案（WA），这是一个很容易让人出错的陷阱。这实际上是由于不同构建配置中的默认值造成的。
应对溢出的办法有很多。在 AtCoder 上回答时，通常会取模，例如使用 10e9+7 这样的素数，而我在学习密码学时，常常使用“有限体”，这种方法保证了所有计算结果都落在一个有限的集合（体）内。
虽然在这个问题中我们并没有使用素数取模的方式，这可能会影响运算的一致性，但本题的测试用例看起来像是实现了溢出后重新从 0 开始计数（wrap around）。考虑到这点，我尝试了另一种避免编辑 Cargo.toml 并避免溢出的解决方案。
pub fn factorial(n: u32) -> u32 {let mut result = 1u32;for i in 1..=n {result = result.wrapping_mul(i);}result
}
总结
使用 u32::wrapping_mul可以让运算在溢出时自动 wrap around，从而通过测试！在源代码中明确说明已经考虑了溢出处理，这样就不需要每次查看 Cargo.toml 了，这会更方便。
那么，让我们进入下一个问题吧！
下一篇文章：【4】类型转换与结构体（有时涉及 UFCS）