Rust 基础系列 #2: 在 Rust 程序中使用变量和常量
推进你的 Rust 学习，熟悉 Rust 程序的变量和常量。
在 该系列的第一章中，我讲述了为什么 Rust 是一门越来越流行的编程语言。我还展示了如何 在 Rust 中编写 Hello World 程序。
让我们继续 Rust 之旅。在本文中，我将向你介绍 Rust 编程语言中的变量和常量。
此外，我还将讲解一个称为“ 遮蔽 shadowing ”的新编程概念。
Rust 变量的独特之处
在编程语言中，变量是指 存储某些数据的内存地址的一个别名 。
对 Rust 语言来讲也是如此。但是 Rust 有一个独特的“特性”。每个你声明的变量都是 默认 不可变的 immutable 。这意味着一旦给变量赋值，就不能再改变它的值。
这个决定是为了确保默认情况下，你不需要使用 自旋锁 spin lock 或 互斥锁 mutex 等特殊机制来引入多线程。Rust 会保证 安全的并发。由于所有变量（默认情况下）都是不可变的，因此你不需要担心线程会无意中更改变量值。
这并不是在说 Rust 中的变量就像常量一样，因为它们确实不是常量。变量可以被显式地定义为可变的。这样的变量称为 可变变量 。
这是在 Rust 中声明变量的语法：
// 默认情况下不可变
// 初始化值是**唯一**的值
let variable_name = value;
// 使用 'mut' 关键字定义可变变量
// 初始化值可以被改变
let mut variable_name = value;
? 尽管你可以改变可变变量的值，但你不能将另一种数据类型的值赋值给它。
这意味着，如果你有一个可变的浮点型变量，你不能在后面将一个字符赋值给它。
Rust 数据类型概观
在上一篇文章中，你可能注意到了我提到 Rust 是一种强类型语言。但是在定义变量时，你不需要指定数据类型，而是使用一个通用的关键字 let。
Rust 编译器可以根据赋值给变量的值推断出变量的数据类型。但是如果你仍然希望明确指定数据类型并希望注释类型，那么可以这样做。以下是语法：
let variable_name: data_type = value;
下面是 Rust 编程语言中一些常见的数据类型：
- 整数类型：分别用于有符号和无符号的 32 位整数的
i32和u32 - 浮点类型：分别用于 32 位和 64 位浮点数的
f32和f64 - 布尔类型：
bool - 字符类型：
char
我会在下一篇文章中更详细地介绍 Rust 的数据类型。现在，这应该足够了。
? Rust 并不支持隐式类型转换。因此，如果你将值
8赋给一个浮点型变量，你将会遇到编译时错误。你应该赋的值是8.或8.0。
Rust 还强制要求在读取存储在其中的值之前初始化变量。
{ // 该代码块不会被编译
let a;
println!("{}", a); // 本行报错
// 读取一个**未初始化**变量的值是一个编译时错误
}
{ // 该代码块会被编译
let a;
a = 128;
println!("{}", a); // 本行不会报错
// 变量 'a' 有一个初始值
}
如果你在不初始化的情况下声明一个变量，并在给它赋值之前使用它，Rust 编译器将会抛出一个 编译时错误 。
虽然错误很烦人，但在这种情况下，Rust 编译器强制你不要犯写代码时常见的错误之一：未初始化的变量。
Rust 编译器的错误信息
来写几个程序，你将
- 通过执行“正常”的任务来理解 Rust 的设计，这些任务实际上是内存相关问题的主要原因
- 阅读和理解 Rust 编译器的错误/警告信息
测试变量的不可变性
让我们故意写一个试图修改不可变变量的程序，看看接下来会发生什么。
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 行看起来都是一个简单的程序。但是在第 7 行，变量 b —— 一个不可变变量 —— 的值被修改了。
注意打印 Rust 变量值的两种方法。在第 4 行，我将变量括在花括号中，以便打印它们的值。在第 8 行，我保持括号为空，并使用 C 的风格将变量作为参数。这两种方法都是有效的。（除了修改不可变变量的值，这个程序中的所有内容都是正确的。）
来编译一下！如果你按照上一章的步骤做了，你已经知道该怎么做了。
$ 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” 一词是指变量名。但这只是一个简单的解释。
这很好的展示了 Rust 强大的错误检查和信息丰富的错误信息。第一行展示了阻止上述代码编译的错误信息：
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable b
这意味着，Rust 编译器注意到我试图给变量 b 重新赋值，但变量 b 是一个不可变变量。所以这就是导致这个错误的原因。
编译器甚至可以识别出错误发生的确切行和列号。
在显示 first assignment to b 的行下面，是提供帮助的行。因为我正在改变不可变变量 b 的值，所以我被告知使用 mut 关键字将变量 b 声明为可变变量。
?️ 自己实现一个修复来更好地理解手头的问题。
使用未初始化的变量
现在，让我们看看当我们尝试读取未初始化变量的值时，Rust 编译器会做什么。
fn main() {
let a: i32;
a = 123;
println!("a: {a}");
let b: i32;
println!("b: {b}");
b = 123;
}
这里，我有两个不可变变量 a 和 b，在声明时都没有初始化。变量 a 在其值被读取之前被赋予了一个值。但是变量 b 的值在被赋予初始值之前被读取了。
来编译一下，看看结果。
$ 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`.
这里，Rust 编译器抛出了一个编译时错误和一个警告。警告说变量 b 的值从来没有被读取过。
但是这是荒谬的！变量 b 的值在第 7 行被访问了。但是仔细看；警告是关于第 8 行的。这很令人困惑；让我们暂时跳过这个警告，继续看错误。
这个错误信息说 used binding b is possibly-uninitialized。和之前的例子一样，Rust 编译器指出错误是由于尝试在第 7 行读取变量 b 的值而引起的。读取变量 b 的值是错误的原因是它的值没有初始化。在 Rust 编程语言中，这是非法的。因此编译时错误出现。
?️ 这个错误可以很容易地通过交换第 7 和第 8 行的代码来解决。试一下，看看错误是否消失了。
示例程序：交换数字
现在你已经熟悉了常见的变量相关问题，让我们来看一个交换两个变量值的程序。
fn main() {
let mut a = 7186932;
let mut b = 1276561;
println!("a: {a}, b: {b}");
// 交换变量值
let temp = a;
a = b;
b = temp;
println!("a: {}, b: {}", a, b);
}
我在这里声明了两个变量 a 和 b。这两个变量都是可变的，因为我希望在后面改变它们的值。我赋予了一些随机值。最初，我打印了这些变量的值。
然后，在第 8 行，我创建了一个名为 temp 的不可变变量，并将存储在 a 中的值赋给它。之所以这个变量是不可变的，是因为 temp 的值不会改变。
要交换值，我将变量 b 的值赋给变量 a，在下一行，我将 temp 的值（它包含 a 的值）赋给变量 b。现在值已经交换了，我打印了变量 a 和 b 的值。
在编译并执行上面的代码后，我得到了以下输出：
a: 7186932, b: 1276561
a: 1276561, b: 7186932
正如你所见，值已经交换了。完美。
使用未使用的变量
当你声明了一些变量，打算在后面使用它们，但是还没有使用它们，然后编译你的 Rust 代码来检查一些东西时，Rust 编译器会警告你。
原因是显而易见的。不会被使用的变量占用了不必要的初始化时间（CPU 周期）和内存空间。如果不会被使用，为什么要在程序写上它呢？尽管编译器确实会优化这一点。但是它仍然是一个问题，因为它会以多余的代码的形式影响可读性。
但是，有的时候，你可能会面对这样的情况：创建一个变量与否不在你的控制之下。比如说，当一个函数返回多个值，而你只需要其中的一些值时。在这种情况下，你不能要求库维护者根据你的需要调整他们的函数。
所以，在这种情况下，你可以写一个以下划线开头的变量，Rust 编译器将不再显示这样的警告。如果你真的不需要使用存储在该未使用变量中的值，你可以简单地将其命名为 _（下划线），Rust 编译器也会忽略它！
接下来的程序不仅不会生成任何输出，而且也不会生成任何警告和/或错误消息：
fn main() {
let _unnecessary_var = 0; // 没有警告
let _ = 0.0; // 完全忽略
}
算术运算
数学就是数学，Rust 并没有在这方面创新。你可以使用在其他编程语言（如 C、C++ 和/或 Java）中使用过的所有算术运算符。
包含可以在 Rust 编程语言中使用的所有运算符和它们的含义的完整列表可以在 这里 找到。
示例程序：一个生锈的温度计
（LCTT 译注：这里的温度计“生锈”了是因为它是使用 Rust（生锈）编写的，原作者在这里玩了一个双关。）
接下来是一个典型的程序，它将华氏度转换为摄氏度，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
);
}
没什么大不了的……华氏温度转换为摄氏温度，反之亦然。
正如你在这里看到的，由于 Rust 不允许自动类型转换，我不得不在整数 32、9 和 5 后放一个小数点。除此之外，这与你在 C、C++ 和/或 Java 中所做的类似。
作为练习，尝试编写一个程序，找出给定数中有多少位数字。
常量
如果你有一些编程知识，你可能知道这意味着什么。常量是一种特殊类型的变量，它的值永远不会改变。它保持不变。
在 Rust 编程语言中，使用以下语法声明常量：
const CONSTANT_NAME: data_type = value;
如你所见，声明常量的语法与我们在 Rust 中看到的变量声明非常相似。但是有两个不同之处：
- 常量的名字需要像
SCREAMING_SNAKE_CASE这样。所有的大写字母和单词之间用下划线分隔。 - 常量的数据类型必须被显性定义。
变量与常量的对比
你可能在想，既然变量默认是不可变的，为什么语言还要包含常量呢？
接下来这个表格应该可以帮助你消除疑虑。（如果你好奇并且想更好地理解这些区别，你可以看看我的博客，它详细地展示了这些区别。）
使用常量的示例程序：计算圆的面积
这是一个很直接的关于 Rust 中常量的简单程序。它计算圆的面积和周长。
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!("有一个周长为 {radius} 厘米的圆");
println!("它的面积是 {} 平方厘米", circle_area);
println!(
"以及它的周长是 {} 厘米",
circle_perimeter
);
}
如果运行代码，将产生以下输出：
有一个周长为 50 厘米的圆
它的面积是 7850 平方厘米
以及它的周长是 314 厘米
Rust 中的变量遮蔽
如果你是一个 C++ 程序员，你可能已经知道我在说什么了。当程序员声明一个与已经声明的变量同名的新变量时，这就是变量遮蔽。
与 C++ 不同，Rust 允许你在同一作用域中执行变量遮蔽！
? 当程序员遮蔽一个已经存在的变量时，新变量会被分配一个新的内存地址，但是使用与现有变量相同的名称引用。
来看看它在 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 语句中花括号内的 :p 与 C 中的 %p 类似。它指定值的格式为内存地址（指针）。
我在这里使用了 3 个变量。变量 a 是不可变的，并且在第 4 行被遮蔽。变量 b 是可变的，并且在第 9 行也被遮蔽。变量 c 是可变的，但是在第 14 行，只有它的值被改变了。它没有被遮蔽。
现在，让我们看看输出。
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
来看看输出，你会发现不仅所有三个变量的值都改变了，而且被遮蔽的变量的地址也不同（检查十六进制的最后几个字符）。
变量 a 和 b 的内存地址改变了。这意味着变量的可变性或不可变性并不是遮蔽变量的限制。
总结
本文介绍了 Rust 编程语言中的变量和常量。还介绍了算术运算。
做个总结：
- Rust 中的变量默认是不可变的，但是可以引入可变性。
- 程序员需要显式地指定变量的可变性。
- 常量总是不可变的，无论如何都需要类型注释。
- 变量遮蔽是指使用与现有变量相同的名称声明一个 新 变量。
很好！我相信和 Rust 一起的进展不错。在下一章中，我将讨论 Rust 中的数据类型。敬请关注。
与此同时，如果你有任何问题，请告诉我。
（题图：MJ/7c5366b8-f926-487e-9153-0a877145ca5）
via: https://itsfoss.com/rust-variables/
作者：Pratham Patel 选题：lkxed 译者：Cubik 校对：wxy