Rust 结构体

一、结构体基础

1. 结构体定义

• 由struct关键字定义，命名遵循大驼峰式 • 包含多个有名称的字段（与元组不同） • 示例：

struct User {
    active: bool,
    username: String,
    email: String,
    sign_in_count: u64,
}

2. 实例化

• 必须初始化所有字段 • 字段顺序可自定义 • 示例：

let user1 = User {
    email: String::from("user@example.com"),
    username: String::from("user123"),
    active: true,
    sign_in_count: 1,
};

3. 字段访问与修改

• 使用点号.访问字段 • 实例必须声明为mut才能修改字段 • 示例：

let mut user1 = ...;
user1.email = String::from("new@example.com");

二、高级特性

1. 字段初始化简写

• 当参数名与字段名相同时可简写 • 示例：

fn build_user(email: String, username: String) -> User {
    User {
        email,    // 等价于 email: email
        username, // 等价于 username: username
        active: true,
        sign_in_count: 1,
    }
}

2. 结构体更新语法

• 使用..语法继承其他实例字段 • 必须放在初始化列表末尾 • 涉及所有权转移（未实现Copy的字段会转移） • 示例：

let user2 = User {
    email: String::from("new@example.com"),
    ..user1  // 继承其他字段
};

三、特殊结构体类型

1. 元组结构体

• 无字段名，按位置访问 • 适用于需要类型区分但不需要字段名的场景 • 示例：

struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32, i32);
let black = Color(0, 0, 0);

2. 单元结构体

• 无任何字段 • 用于需要实现trait但不需要存储数据的场景 • 示例：

struct AlwaysEqual;
impl SomeTrait for AlwaysEqual {}

四、内存布局

• 结构体字段连续排列（编译器可能优化） • 包含所有权的字段（如String）存储指针 • 示例：

struct File {
    name: String,    // 指向堆内存的指针
    data: Vec<u8>,   // 包含指针、容量、长度
}

五、调试与输出

1. Debug特征

• 派生实现：#[derive(Debug)] • 使用{:?}（简洁格式）或{:#?}（美化格式） • 示例：

#[derive(Debug)]
struct Rectangle { width: u32, height: u32 }
println!("{:?}", rect);  // 简洁输出
println!("{:#?}", rect); // 格式化输出

2. dbg!宏

• 输出到标准错误流(stderr) • 自动捕获表达式值和代码位置 • 示例：

let width = dbg!(30 * scale); // 输出计算过程
dbg!(&rect);                  // 输出结构体信息

六、注意事项

所有权问题： • String等未实现Copy的字段在结构体更新时会发生所有权转移 • 转移部分字段后，原实例其他字段仍可访问

引用字段：

struct User {
    username: &str,  // 错误！需要生命周期标注
}

• 需要生命周期参数：struct User<'a> { username: &'a str }

可见性规则： • 默认模块私有 • 需用pub关键字公开结构体和字段
模式匹配：
```
let User { username, .. } = user1;
```
• 可用于解构结构体字段

七、最佳实践

优先使用具名结构体而非元组结构体
需要打印调试信息时自动派生Debug特征
需要自定义显示格式时手动实现Display特征
大结构体建议使用Box堆分配避免栈溢出
包含引用的结构体要谨慎处理生命周期

八、综合示例

#[derive(Debug)]
struct Employee<'a> {
    name: String,
    department: &'a str,
    years: u8,
}

fn main() {
    let dept = "Engineering";
    let emp1 = Employee {
        name: String::from("Alice"),
        department: dept,
        years: 5,
    };
    
    let emp2 = Employee {
        name: String::from("Bob"),
        ..emp1  // 借用department字段
    };
    
    println!("{:#?}", emp2);
    dbg!(&emp2);
}