Struct结构体 - Rust新手入门教程

一、Struct 是什么？

Struct（结构体）是 Rust 中自定义的复合数据类型，用于将多个不同类型的值组合成一个逻辑整体，用于封装相关数据和行为。它类似于其他语言中的类（class），但更注重数据的封装，而不是行为的封装。

示例：定义一个用户结构体

rust 复制代码

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

这里把用户信息打包成一个整体，包含用户名、邮箱、激活状态和登录次数。

二、Struct 的分类

Rust 的结构体分为三种形式，适用于不同场景：

具名结构体（Named Struct）
特点：每个字段都有明确的名称，适合复杂数据。

rust 复制代码

struct Point { x: i32, y: i32 }  // 定义
let p = Point { x: 10, y: 20 };  // 实例化
println!("坐标：({}, {})", p.x, p.y);  // 访问字段

元组结构体（Tuple Struct）
特点：字段通过位置访问（类似元组），适合轻量数据分组。

rust 复制代码

struct Color(i32, i32, i32);  // 定义
let black = Color(0, 0, 0);    // 实例化
println!("RGB: {}, {}, {}", black.0, black.1, black.2);  // 通过索引访问

单元结构体（Unit Struct）
特点：无字段，常用于标记类型或实现 Trait。
rust 复制代码
```
struct UnitMarker;  // 定义
let marker = UnitMarker;  // 实例化
```

三、方法（Methods）和实现（Impl）

通过 impl 块为结构体添加方法，分为两类：

实例方法：操作具体实例，参数为 &self（不可变）或 &mut self（可变）。
关联函数：类似构造函数，无 self 参数，通过 :: 调用。

示例：为矩形结构体添加方法

rust 复制代码

struct Rectangle { width: u32, height: u32 }

impl Rectangle {
    // 关联函数（构造函数）
    fn new(w: u32, h: u32) -> Self {
        Self { width: w, height: h }
    }

    // 实例方法：计算面积
    fn area(&self) -> u32 {
        self.width * self.height
    }

    // 实例方法：判断是否能包含另一个矩形
    fn can_contain(&self, other: &Rectangle) -> bool {
        self.width > other.width && self.height > other.height
    }
}

// 使用
let rect1 = Rectangle::new(30, 50);
let rect2 = Rectangle { width: 20, ..rect1 };  // 更新语法（部分字段继承）
println!("面积：{}", rect1.area());

四、应用场景

数据封装
例如，用 User 结构体统一管理用户信息，避免分散的变量。
面向对象设计
通过方法实现数据的行为，比如矩形的面积计算。
类型安全
用元组结构体区分相同数据类型的含义（如 UserId(u32) 和 OrderId(u32)）。
标记和泛型
单元结构体常用于标记类型或作为泛型占位符。

五、注意事项

所有权问题
若字段包含 String 等所有权类型，结构体实例会持有这些数据的所有权。
示例：

rust 复制代码

let user = User {
    username: String::from("Alice"),  // 所有权转移给 user
    email: String::from("alice@example.com"),
    // ...
};

可变性规则
- 结构体实例默认不可变，需用 mut 声明可变性：
  rust 复制代码
```
let mut user = User { ... };
user.email = String::from("new@example.com");  // 允许修改
```
- 所有字段要么全可变，要么全不可变，不能单独标记某个字段。
生命周期
若结构体包含引用字段（如 &str），必须指定生命周期参数：
rust 复制代码
```
struct UserRef<'a> {
    username: &'a str,
    email: &'a str,
}
```
自动派生 Trait
通过 #[derive] 快速实现常用功能（如调试输出、克隆）：
rust 复制代码
```
#[derive(Debug, Clone, PartialEq)]
struct Point { x: i32, y: i32 }
```

六、总结

Struct 是 Rust 中组织数据的核心工具，通过三种形式满足不同需求。结合方法和生命周期管理，既能保证数据安全，又能实现灵活的行为逻辑。使用时注意所有权和可变性规则，合理选择结构体类型，可以大幅提升代码的可读性和健壮性。