聊聊Rust 运算符

2024-11-02 10:36:35

一元运算符

顾名思义，一元操作符是专门对一个 Rust 元素进行操作的运算符，主要包括以下几个：

- ：取负，专门用于数值类型。实现了 std::ops::Neg。
* ：解引用。实现了 std::ops::Deref 或 std::ops::DerefMut。
! ：取反。例如 !false 相当于 true。有意思的是，如果这个操作符对数字类型使用，会将其每一位都置反！也就是说，对一个 1u8 进行 ! 操作，将得到一个 254u8。实现了 std::ops::Not。
& 和 &mut ：租借，borrow。向一个 owner 租借其使用权，分别租借一个只读使用权和读写使用权。

二元运算符

算数操作符

+ ：加法。实现了 std::ops::Add。
-：减法。实现了 std::ops::Sub。
* ：乘法。实现了 std::ops::Mul。
/ ：除法。实现了 std::ops::Div。
% ：取余。实现了 std::ops::Rem。

位运算符

& ：与操作。实现了 std::ops::BitAnd。
| ：或操作。实现了 std::ops::BitOr。
-^ ：异或。实现了 std::ops::BitXor。
<< ：左移运算符。实现了 std::ops::Shl。
>> ：右移运算符。实现了 std::ops::Shr。

惰性 boolean 运算符

逻辑运算符有三个，分别是 &&、||和!。其中前两个叫做惰性 boolean 运算符，之所以叫这个名字，是因为在 Rust 中也会出现其他类 C 语言的逻辑短路问题，所以取了这么一个名字。其作用和 C 语言里的一模一样。不过不同的是，Rust 里这个运算符只能用在 bool 类型上。

比较运算符

比较运算符实际上也是某些 trait 的语法糖，不过比较运算符所实现的 trait 只有2个：std::cmp::PartialEq和 std::cmp::PartialOrd。

其中，==和!= 实现的是 PartialEq，<、>、>= 和 <=实现的是 PartialOrd。

标准库中，std::cmp 这个 mod 下有4个 trait，而且直观来看 Ord 和 Eq 岂不是更好？但 Rust 对于这4个 trait 的处理是很明确的。因为在浮点数有一个特殊的值叫 NaN，这个值表示未定义的一个浮点数。在 Rust 中可以用0.0f32 / 0.0f32来求得其值，这个数是一个都确定的值，但它表示的是一个不确定的数，那么NaN != NaN 的结果是啥？标准库告诉我们是 true。但这么写有不符合Eq定义里的total equal（每位一样两个数就一样）的定义。因此有了 PartialEq这么一个定义，NaN 这个情况就给它特指了。

为了普适的情况，Rust 的编译器就选择了PartialOrd 和PartialEq来作为其默认的比较符号的trait。

类型转换运算符

这个看起来并不算个运算符，因为它是个单词 as。就是类似于其他语言中的显示转换了。

fn avg(vals: &[f64]) -> f64 {
    let sum: f64 = sum(vals);
    let num: f64 = len(vals) as f64;
    sum / num
}

重载运算符

上面说了很多 trait，就是为了运算符重载。Rust 是支持运算符重载的。更详细的部分，会在后续章节中介绍。这是一个例子：

use std::ops::{Add, Sub};

\#[derive(Copy, Clone)]
struct A(i32);

impl Add for A {
    type Output = A;
    fn add(self, rhs: A) -> A {
        A(self.0 - rhs.0)
    }
}

impl Sub for A {
    type Output = A;
    fn sub(self, rhs: A) -> A{
        A(self.0 + rhs.0)
    }
}

fn main() {
    let a1 = A(10i32);
    let a2 = A(5i32);
    let a3 = a1 + a2;
    println!("{}", (a3).0);
    let a4 = a1 - a2;
    println!("{}", (a4).0);
}

    Finished debug [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.0 secs
     Running `yourpath\hello_world\target\debug\hello_world.exe`
5
15

格式化字符串

Rust 采取了一种类似 Python 里面 format 的用法，其核心组成是5个宏和两个 trait ：
format!、format_arg!、print!、println!、write！ 和 Debug、Display。

之前在 hello_world 里已经使用了 print!或者 println!这两个宏，但是最核心的是 format!，前两个宏只不过是将format!的结果输出到 console 而已。

先来分析一个format!的应用：

fn main() {
    let s = format!("今天是{0}年{1}月{2}日, {week:?}, 气温{3:>0width$} ~ {4:>0width$} 摄氏度。",
        2016, 11, 24, 3, -6, week = "Thursday", width = 2);

    print!("{}", s);
}

可以看到，format!宏调用的时候参数可以是任意类型，而且可以 position 参数和 key-value 参数混合使用。但要注意一点，key-value 的值只能出现在 position 值之后并且不占用 position。比如把上面的代码改动一下：

fn main() {
    let s = format!("今天是{0}年{1}月{2}日, {week:?}, 气温{3:>0width$} ~ {4:>0width$} 摄氏度。",
        2016, 11, 24, week = "Thursday", 3, -6, width = 2);

    print!("{}", s);
}

这样将会报错：

Compiling hello_world v0.1.0 (yourpath/hello_world)
error: expected ident, positional arguments cannot follow named arguments
--> main.rs:3:42
|
3 | 2016, 11, 24, week = "Thursday", 3, -6, width = 3);
| ^

error: aborting due to previous error

error: Could not compile `hello_world`.

还需要注意的是，参数类型必须要实现std::fmtmod 下的某些 trait。比如原生类型大部分都实现了 Display 和 Debug这两个宏，整数类型还额外实现了Binary，等等。

可以通过 {:type} 的方式取调用这些参数。比如：

format!(":b", 2); // 调用 `Binary` trait

format!(":?", "hello"); // 调用 `Debug`

如果 type 为空的话默认调用 Display。

冒号 : 后面还有更多参数，比如上面代码中的{3:>0wth$}和 {4:>0wth$}。首先 > 是一个语义，它表示的是生成的字符串向右对齐，于是上面的代码得到了003 和 -06这两个值。与之相对的还有向左对齐 <和居中 ^。

接下来0是一种特殊的填充语法，他表示用 0 补齐数字的空位，而 wth& 表示格式化后的字符串长度。它可以是一个精确的长度数值，也可以是一个以$为结尾的字符串，$前面的部分可以写一个 key 或者一个 position。

还要注意的是，在 wth 和 type 之间会有一个叫精度的区域，他们的表示通常是以 . 开始的，比如.4 表示小数点后4位精度。最让人糟心的是，任然可以在这个位置引用参数，只需要个上面 wth 一样，用.N$来表示一个 position 的参数，只是就是不能引用 key-value 类型的。比如：

fn main() {
    // Hello {arg 0 ("x")} is {arg 1 (0.01) with precision specified inline (5)}
    println!("Hello {0} is {1:.5}", "x", 0.01);

    // Hello {arg 1 ("x")} is {arg 2 (0.01) with precision specified in arg 0 (5)}
    println!("Hello {1} is {2:.0$}", 5, "x", 0.01);

    // Hello {arg 0 ("x")} is {arg 2 (0.01) with precision specified in arg 1 (5)}
    println!("Hello {0} is {2:.1$}", "x", 5, 0.01);
}

将输出：

Hello x is 0.01000
Hello x is 0.01000
Hello x is 0.01000

这一位还有一个特殊的用法，那就是 .*，它不表示一个值，而是表示两个值。第一个值表示精确的位数，第二个值标表示这个值本身。例如：

fn main() {
    // Hello {next arg ("x")} is {second of next two args (0.01) with precision
    //                          specified in first of next two args (5)}
    println!("Hello {} is {:.*}",    "x", 5, 0.01);

    // Hello {next arg ("x")} is {arg 2 (0.01) with precision
    //                          specified in its predecessor (5)}
    println!("Hello {} is {2:.*}",   "x", 5, 0.01);

    // Hello {next arg ("x")} is {arg "number" (0.01) with precision specified
    //                          in arg "prec" (5)}
    println!("Hello {} is {number:.prec$}", "x", prec = 5, number = 0.01);
}

这个例子将输出：