在 該系列的第一章中，我講述了為什么 Rust 是一門越來越流行的編程語言。我還展示了如何 在 Rust 中編寫 Hello World 程序。

讓我們繼續 Rust 之旅。在本文中，我將向你介紹 Rust 編程語言中的變量和常量。

此外，我還將講解一個稱為“遮蔽shadowing”的新編程概念。

Rust 變量的獨特之處

在編程語言中，變量是指 存儲某些數據的內存地址的一個別名 。

對 Rust 語言來講也是如此。但是 Rust 有一個獨特的“特性”。每個你聲明的變量都是 默認 不可變的immutable 。這意味著一旦給變量賦值，就不能再改變它的值。

這個決定是為了確保默認情況下，你不需要使用 自旋鎖spin lock 或 互斥鎖mutex 等特殊機制來引入多線程。Rust 會保證 安全的并發。由于所有變量（默認情況下）都是不可變的，因此你不需要擔心線程會無意中更改變量值。

這并不是在說 Rust 中的變量就像常量一樣，因為它們確實不是常量。變量可以被顯式地定義為可變的。這樣的變量稱為 可變變量 。

這是在 Rust 中聲明變量的語法：

// 默認情況下不可變
// 初始化值是**唯一**的值
let variable_name = value;
// 使用 'mut' 關鍵字定義可變變量
// 初始化值可以被改變
let mut variable_name = value;

?? 盡管你可以改變可變變量的值，但你不能將另一種數據類型的值賦值給它。

這意味著，如果你有一個可變的浮點型變量，你不能在后面將一個字符賦值給它。

Rust 數據類型概觀

在上一篇文章中，你可能注意到了我提到 Rust 是一種強類型語言。但是在定義變量時，你不需要指定數據類型，而是使用一個通用的關鍵字 let。

Rust 編譯器可以根據賦值給變量的值推斷出變量的數據類型。但是如果你仍然希望明確指定數據類型并希望注釋類型，那么可以這樣做。以下是語法：

let variable_name: data_type = value;

下面是 Rust 編程語言中一些常見的數據類型：

• 整數類型：分別用于有符號和無符號的 32 位整數的 i32 和 u32
• 浮點類型：分別用于 32 位和 64 位浮點數的 f32 和 f64
• 布爾類型：bool
• 字符類型：char

我會在下一篇文章中更詳細地介紹 Rust 的數據類型。現在，這應該足夠了。

?? Rust 并不支持隱式類型轉換。因此，如果你將值 8 賦給一個浮點型變量，你將會遇到編譯時錯誤。你應該賦的值是 8. 或 8.0。

Rust 還強制要求在讀取存儲在其中的值之前初始化變量。

{ // 該代碼塊不會被編譯
    let a;
    println!("{}", a); // 本行報錯
    // 讀取一個**未初始化**變量的值是一個編譯時錯誤
}
{ // 該代碼塊會被編譯
    let a;
    a = 128;
    println!("{}", a); // 本行不會報錯
    // 變量 'a' 有一個初始值
}

如果你在不初始化的情況下聲明一個變量，并在給它賦值之前使用它，Rust 編譯器將會拋出一個 編譯時錯誤 。

雖然錯誤很煩人，但在這種情況下，Rust 編譯器強制你不要犯寫代碼時常見的錯誤之一：未初始化的變量。

Rust 編譯器的錯誤信息

來寫幾個程序，你將

• 通過執行“正常”的任務來理解 Rust 的設計，這些任務實際上是內存相關問題的主要原因
• 閱讀和理解 Rust 編譯器的錯誤/警告信息

測試變量的不可變性

讓我們故意寫一個試圖修改不可變變量的程序，看看接下來會發生什么。

fn main() {
    let mut a = 172;
    let b = 273;
    println!("a: {a}, b: {b}");
    a = 380;
    b = 420;
    println!("a: {}, b: {}", a, b);
}

直到第 4 行看起來都是一個簡單的程序。但是在第 7 行，變量 b —— 一個不可變變量 —— 的值被修改了。

注意打印 Rust 變量值的兩種方法。在第 4 行，我將變量括在花括號中，以便打印它們的值。在第 8 行，我保持括號為空，并使用 C 的風格將變量作為參數。這兩種方法都是有效的。（除了修改不可變變量的值，這個程序中的所有內容都是正確的。）

來編譯一下！如果你按照上一章的步驟做了，你已經知道該怎么做了。

$ rustc main.rs
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `b`
 --> main.rs:7:5
  |
3 |     let b = 273;
  |         -
  |         |
  |         first assignment to `b`
  |         help: consider making this binding mutable: `mut b`
...
7 |     b = 420;
  |     ^^^^^^^ cannot assign twice to immutable variable
error: aborting due to previous error
For more information about this error, try `rustc --explain E0384`.

?? “binding” 一詞是指變量名。但這只是一個簡單的解釋。

這很好的展示了 Rust 強大的錯誤檢查和信息豐富的錯誤信息。第一行展示了阻止上述代碼編譯的錯誤信息：

error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable b

這意味著，Rust 編譯器注意到我試圖給變量 b 重新賦值，但變量 b 是一個不可變變量。所以這就是導致這個錯誤的原因。

編譯器甚至可以識別出錯誤發生的確切行和列號。

在顯示 first assignment to b 的行下面，是提供幫助的行。因為我正在改變不可變變量 b 的值，所以我被告知使用 mut 關鍵字將變量 b 聲明為可變變量。

??? 自己實現一個修復來更好地理解手頭的問題。

使用未初始化的變量

現在，讓我們看看當我們嘗試讀取未初始化變量的值時，Rust 編譯器會做什么。

fn main() {
    let a: i32;
    a = 123;
    println!("a: {a}");
    let b: i32;
    println!("b: {b}");
    b = 123;
}

這里，我有兩個不可變變量 a 和 b，在聲明時都沒有初始化。變量 a 在其值被讀取之前被賦予了一個值。但是變量 b 的值在被賦予初始值之前被讀取了。

來編譯一下，看看結果。

$ rustc main.rs
warning: value assigned to `b` is never read
 --> main.rs:8:5
  |
8 |     b = 123;
  |     ^
  |
  = help: maybe it is overwritten before being read?
  = note: `#[warn(unused_assignments)]` on by default
error[E0381]: used binding `b` is possibly-uninitialized
 --> main.rs:7:19
  |
6 |     let b: i32;
  |         - binding declared here but left uninitialized
7 |     println!("b: {b}");
  |                   ^ `b` used here but it is possibly-uninitialized
  |
  = note: this error originates in the macro `$crate::format_args_nl` which comes from the expansion of the macro `println` (in Nightly builds, run with -Z macro-backtrace for more info)
error: aborting due to previous error; 1 warning emitted
For more information about this error, try `rustc --explain E0381`.

這里，Rust 編譯器拋出了一個編譯時錯誤和一個警告。警告說變量 b 的值從來沒有被讀取過。

但是這是荒謬的！變量 b 的值在第 7 行被訪問了。但是仔細看；警告是關于第 8 行的。這很令人困惑；讓我們暫時跳過這個警告，繼續看錯誤。

這個錯誤信息說 used binding b is possibly-uninitialized。和之前的例子一樣，Rust 編譯器指出錯誤是由于嘗試在第 7 行讀取變量 b 的值而引起的。讀取變量 b 的值是錯誤的原因是它的值沒有初始化。在 Rust 編程語言中，這是非法的。因此編譯時錯誤出現。

??? 這個錯誤可以很容易地通過交換第 7 和第 8 行的代碼來解決。試一下，看看錯誤是否消失了。

示例程序：交換數字

現在你已經熟悉了常見的變量相關問題，讓我們來看一個交換兩個變量值的程序。

fn main() {
    let mut a = 7186932;
    let mut b = 1276561;
    println!("a: {a}, b: {b}");
    // 交換變量值
    let temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    println!("a: {}, b: {}", a, b);
}

我在這里聲明了兩個變量 a 和 b。這兩個變量都是可變的，因為我希望在后面改變它們的值。我賦予了一些隨機值。最初，我打印了這些變量的值。

然后，在第 8 行，我創建了一個名為 temp 的不可變變量，并將存儲在 a 中的值賦給它。之所以這個變量是不可變的，是因為 temp 的值不會改變。

要交換值，我將變量 b 的值賦給變量 a，在下一行，我將 temp 的值（它包含 a 的值）賦給變量 b。現在值已經交換了，我打印了變量 a 和 b 的值。

在編譯并執行上面的代碼后，我得到了以下輸出：

a: 7186932, b: 1276561
a: 1276561, b: 7186932

正如你所見，值已經交換了。完美。

使用未使用的變量

當你聲明了一些變量，打算在后面使用它們，但是還沒有使用它們，然后編譯你的 Rust 代碼來檢查一些東西時，Rust 編譯器會警告你。

原因是顯而易見的。不會被使用的變量占用了不必要的初始化時間（CPU 周期）和內存空間。如果不會被使用，為什么要在程序寫上它呢？盡管編譯器確實會優化這一點。但是它仍然是一個問題，因為它會以多余的代碼的形式影響可讀性。

但是，有的時候，你可能會面對這樣的情況：創建一個變量與否不在你的控制之下。比如說，當一個函數返回多個值，而你只需要其中的一些值時。在這種情況下，你不能要求庫維護者根據你的需要調整他們的函數。

所以，在這種情況下，你可以寫一個以下劃線開頭的變量，Rust 編譯器將不再顯示這樣的警告。如果你真的不需要使用存儲在該未使用變量中的值，你可以簡單地將其命名為 _（下劃線），Rust 編譯器也會忽略它！

接下來的程序不僅不會生成任何輸出，而且也不會生成任何警告和/或錯誤消息：

fn main() {
    let _unnecessary_var = 0; // 沒有警告
    let _ = 0.0; // 完全忽略
}

算術運算

數學就是數學，Rust 并沒有在這方面創新。你可以使用在其他編程語言（如 C、C++ 和/或 Java）中使用過的所有算術運算符。

包含可以在 Rust 編程語言中使用的所有運算符和它們的含義的完整列表可以在 這里 找到。

示例程序：一個生銹的溫度計

（LCTT 譯注：這里的溫度計“生銹”了是因為它是使用 Rust（生銹）編寫的，原作者在這里玩了一個雙關。）

接下來是一個典型的程序，它將華氏度轉換為攝氏度，反之亦然。

fn main() {
    let boiling_water_f: f64 = 212.0;
    let frozen_water_c: f64 = 0.0;
    let boiling_water_c = (boiling_water_f - 32.0) * (5.0 / 9.0);
    let frozen_water_f = (frozen_water_c * (9.0 / 5.0)) + 32.0;
    println!(
        "Water starts boiling at {}°C (or {}°F).",
        boiling_water_c, boiling_water_f
    );
    println!(
        "Water starts freezing at {}°C (or {}°F).",
        frozen_water_c, frozen_water_f
    );
}

沒什么大不了的……華氏溫度轉換為攝氏溫度，反之亦然。

正如你在這里看到的，由于 Rust 不允許自動類型轉換，我不得不在整數 32、9 和 5 后放一個小數點。除此之外，這與你在 C、C++ 和/或 Java 中所做的類似。

作為練習，嘗試編寫一個程序，找出給定數中有多少位數字。

常量

如果你有一些編程知識，你可能知道這意味著什么。常量是一種特殊類型的變量，它的值永遠不會改變。它保持不變。

在 Rust 編程語言中，使用以下語法聲明常量：

const CONSTANT_NAME: data_type = value;

如你所見，聲明常量的語法與我們在 Rust 中看到的變量聲明非常相似。但是有兩個不同之處：

• 常量的名字需要像 SCREAMING_SNAKE_CASE 這樣。所有的大寫字母和單詞之間用下劃線分隔。
• 常量的數據類型必須被顯性定義。

變量與常量的對比

你可能在想，既然變量默認是不可變的，為什么語言還要包含常量呢？

接下來這個表格應該可以幫助你消除疑慮。（如果你好奇并且想更好地理解這些區別，你可以看看我的博客，它詳細地展示了這些區別。）

一個展示 Rust 編程語言中變量和常量之間區別的表格

使用常量的示例程序：計算圓的面積

這是一個很直接的關于 Rust 中常量的簡單程序。它計算圓的面積和周長。

fn main() {
    const PI: f64 = 3.14;
    let radius: f64 = 50.0;
    let circle_area = PI * (radius * radius);
    let circle_perimeter = 2.0 * PI * radius;

    println!("有一個周長為 {radius} 厘米的圓");
    println!("它的面積是 {} 平方厘米", circle_area);
    println!(
        "以及它的周長是 {} 厘米",
        circle_perimeter
    );
}

如果運行代碼，將產生以下輸出：

有一個周長為 50 厘米的圓
它的面積是 7850 平方厘米
以及它的周長是 314 厘米

Rust 中的變量遮蔽

如果你是一個 C++ 程序員，你可能已經知道我在說什么了。當程序員聲明一個與已經聲明的變量同名的新變量時，這就是變量遮蔽。

與 C++ 不同，Rust 允許你在同一作用域中執行變量遮蔽！

?? 當程序員遮蔽一個已經存在的變量時，新變量會被分配一個新的內存地址，但是使用與現有變量相同的名稱引用。

來看看它在 Rust 中是如何工作的。

fn main() {
    let a = 108;
    println!("a 的地址: {:p}, a 的值 {a}", &a);
    let a = 56;
    println!("a 的地址: {:p}, a 的值: {a} // 遮蔽后", &a);

    let mut b = 82;
    println!("\nb 的地址: {:p}, b 的值: {b}", &b);
    let mut b = 120;
    println!("b的地址: {:p}, b的值: {b} // 遮蔽后", &b);

    let mut c = 18;
    println!("\nc 的地址: {:p}, c的值: {c}", &c);
    c = 29;
    println!("c 的地址: {:p}, c的值: {c} // 遮蔽后", &c);
}

println 語句中花括號內的 :p 與 C 中的 %p 類似。它指定值的格式為內存地址（指針）。

我在這里使用了 3 個變量。變量 a 是不可變的，并且在第 4 行被遮蔽。變量 b 是可變的，并且在第 9 行也被遮蔽。變量 c 是可變的，但是在第 14 行，只有它的值被改變了。它沒有被遮蔽。

現在，讓我們看看輸出。

a 的地址: 0x7ffe954bf614, a 的值 108
a 的地址: 0x7ffe954bf674, a 的值: 56 // 遮蔽后
b 的地址: 0x7ffe954bf6d4, b 的值: 82
b 的地址: 0x7ffe954bf734, b 的值: 120 // 遮蔽后
c 的地址: 0x7ffe954bf734, c 的值: 18
c 的地址: 0x7ffe954bf734, c 的值: 29 // 遮蔽后

來看看輸出，你會發現不僅所有三個變量的值都改變了，而且被遮蔽的變量的地址也不同（檢查十六進制的最后幾個字符）。

變量 a 和 b 的內存地址改變了。這意味著變量的可變性或不可變性并不是遮蔽變量的限制。

總結

本文介紹了 Rust 編程語言中的變量和常量。還介紹了算術運算。

做個總結：

• Rust 中的變量默認是不可變的，但是可以引入可變性。
• 程序員需要顯式地指定變量的可變性。
• 常量總是不可變的，無論如何都需要類型注釋。
• 變量遮蔽是指使用與現有變量相同的名稱聲明一個 新 變量。

很好！我相信和 Rust 一起的進展不錯。在下一章中，我將討論 Rust 中的數據類型。敬請關注。

與此同時，如果你有任何問題，請告訴我。

（題圖：MJ/7c5366b8-f926-487e-9153-0a877145ca5）