学习笔记三—— Rust 的数据类型

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1. 什么是 Rust 的类型系统？
2. 标量类型（整数、浮点、布尔、字符）
3. 复合类型（元组、数组）
4. 字符串类型：&str 与 String
5. 自定义类型（结构体和枚举）
6. 零大小类型（ZST）：不占空间却意义重大
7. _ 占位写法：只关心类型不关心名字
8. 底类型 !：不会返回的类型到底有什么用？
9. 总结 + 类型速查表

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1️⃣ 什么是 Rust 的类型系统？

Rust 是一门：

• 静态类型语言：变量类型在编译时就必须确定。
• 强类型语言：类型不允许自动转换。

let x = 10;      // 推导为 i32
let y: u8 = x;   // ❌ 错误：不能自动转换
let y: u8 = x as u8; // ✅ 正确方式

这样的设计让程序在“还没跑起来”就发现 bug，提高了可靠性和安全性。

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2️⃣ 标量类型：最基本的类型单位

类型	示例	说明
整数	let a: i32 = 42;	默认类型是 i32
浮点数	let b = 3.14;	默认类型是 f64
布尔值	let f = true;	只能是 true 或 false
字符	let c = '🚀';	单个 Unicode 字符

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3️⃣ 复合类型：多个值组合成一个

✅ 元组 tuple

let info = ("Tom", 18, true);
let (name, age, active) = info;

✅ 数组 array

let scores = [90, 80, 70];
let first = scores[0];

数组长度固定，元素类型必须一致。

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4️⃣ 字符串类型：&str 与 String 的区别

类型	可变	分配位置	示例	类比
&str	❌	栈/静态区	"Tom"	公告栏只读纸条
String	✅	堆上	String::from("Tom")	自己的记事本

let a = "Tom";                     // &str
let b = String::from("Tom");       // String，可变

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5️⃣ 自定义类型：结构体和枚举

✅ 结构体 struct

struct User {
    name: String,
    age: u8,
}

✅ 枚举 enum

enum State {
    Loading,
    Success(String),
    Error(String),
}

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6️⃣ 零大小类型（ZST）：不占空间却意义重大

❓ 什么是 ZST？

ZST（Zero-Sized Type）就是占用内存为 0 字节的类型。

use std::mem::size_of;
println!("{}", size_of::<()>()); // 输出：0

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✅ 常见 ZST 类型与用途

类型	示例	用途
单元类型	()	没有返回值或表示“空”
空数组	[u8; 0]	表示空集合，不占内存
空结构体	struct Marker;	类型标记，泛型占位
空元组结构体	struct Wrapper();	同上
PhantomData<T>	PhantomData::<u32>	声明与某类型有关，不持有它

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🧠 为什么有 ZST 这种设计？

虽然它们不占空间，但可以在“类型层面”起作用：

1. 编译期进行类型区分（比如泛型中标记数据类型）。
2. 触发行为但不带数据（比如用 Marker 调用函数）。
3. 用于实现某些 trait 的结构不需要状态。

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✅ 例子 1：类型标记

struct Marker;

fn init(_: Marker) {
    println!("执行初始化操作");
}

init(Marker); // ✅ Marker 不占空间但可以控制逻辑分支

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✅ 例子 2：PhantomData 用法详解

use std::marker::PhantomData;

struct MyVec<T> {
    _marker: PhantomData<T>, // 虽然不存 T，但逻辑上依赖 T
}

❓ 为什么用它？

• 在泛型结构体中，如果你没有真正存储 T，Rust 会认为这个结构体和 T 没有关系，可能会在生命周期检查、Drop 顺序上出问题。
• PhantomData<T> 告诉编译器：“这个结构体跟 T 有关系”，即使我不持有 T 的值。

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✅ 例子 3：ZST 特性 - 可重复但无代价

let a = ();
let b = ();
assert_eq!(std::ptr::addr_of!(a), std::ptr::addr_of!(b)); // 地址相同！

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7️⃣ _ 占位写法：不关心名字但关心类型

fn consume(_: String) {
    println!("调用了函数，但不需要参数内容");
}

• _ 表示“我不打算用这个值的名字”，但类型仍然必须匹配。

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8️⃣ 底类型 !：不会返回的类型到底有什么用？

❓ 什么是底类型 !？

Rust 中的 ! 代表“永不返回”的类型，叫 bottom type。

fn never_return() -> ! {
    panic!("程序终止");
}

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✅ 为什么需要 ! 类型？

• ! 类型可以出现在任何位置，因为它永远不会产生值。
• 编译器会认为它“能转成任何类型”，就像数学中空集是任何集合的子集。

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✅ 典型使用场景

场景	示例	用途说明
程序崩溃	panic!("错误！")	程序终止，不再返回
死循环	loop {}	永远运行，永不返回
编译期保证	unreachable!()	明确告诉编译器：这里不会执行
match 分支	match x { _ => unreachable!() }	用于逻辑保证无误的防御性编程

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✅ 例子：panic! 与 ! 类型推断

fn get_name(fail: bool) -> String {
    if fail {
        panic!("失败"); // 返回类型是 `!`
    }
    String::from("Tom")
}

虽然两个分支的返回类型不同，但 Rust 会自动推断：! 可以当作任意类型处理，因此允许通过编译。

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9️⃣ 总结 + 类型速查表

类型	分类	示例	说明
i32, u8	整数	let a = 10;	默认整数是 i32
f64, f32	浮点数	let pi = 3.14;	默认浮点是 f64
bool	布尔	let f = true;	条件判断
char	字符	let c = '🚀';	Unicode 字符
&str, String	字符串	"Tom"、String::from("Tom")	静态与堆上字符串
()	ZST	let x: () = ();	单元类型
[T; 0]	ZST	let a: [u8; 0] = [];	空数组
struct Marker;	ZST	let m = Marker;	类型标记器
PhantomData<T>	ZST	PhantomData::<T>	类型关联声明
_	占位写法	fn f(_: T)	忽略参数名
!	底类型	panic!()、loop {}	不会返回，终结流程分支

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