Rust 控制流
ch03-05-control-flow.mdcommit 4284e160715917a768d25265daf2db897c683065
根據(jù)條件是否為真來決定是否執(zhí)行某些代碼，以及根據(jù)條件是否為真來重復(fù)運(yùn)行一段代碼的能力是大部分編程語言的基本組成部分。Rust 代碼中最常見的用來控制執(zhí)行流的結(jié)構(gòu)是 ?if ?表達(dá)式和循環(huán)。
if 表達(dá)式
?if ?表達(dá)式允許根據(jù)條件執(zhí)行不同的代碼分支。你提供一個條件并表示 “如果條件滿足，運(yùn)行這段代碼；如果條件不滿足，不運(yùn)行這段代碼?！?/p>
在 projects 目錄新建一個叫做 branches 的項目，來學(xué)習(xí) ?if ?表達(dá)式。在 src/main.rs 文件中，輸入如下內(nèi)容：
文件名: src/main.rs
fn main() {
let number = 3;
if number < 5 {
println!("condition was true");
} else {
println!("condition was false");
}
}
所有的 ?if ?表達(dá)式都以 ?if ?關(guān)鍵字開頭，其后跟一個條件。在這個例子中，條件檢查變量 ?number ?的值是否小于 5。在條件為真時希望執(zhí)行的代碼塊位于緊跟條件之后的大括號中。?if ?表達(dá)式中與條件關(guān)聯(lián)的代碼塊有時被叫做 arms，就像第二章 “比較猜測的數(shù)字和秘密數(shù)字” 部分中討論到的 ?match ?表達(dá)式中的分支一樣。
也可以包含一個可選的 ?else ?表達(dá)式來提供一個在條件為假時應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的代碼塊，這里我們就這么做了。如果不提供 ?else ?表達(dá)式并且條件為假時，程序會直接忽略 ?if ?代碼塊并繼續(xù)執(zhí)行下面的代碼。
嘗試運(yùn)行代碼，應(yīng)該能看到如下輸出：
$ cargo run
Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31s
Running `target/debug/branches`
condition was true
嘗試改變 ?number ?的值使條件為 ?false ?時看看會發(fā)生什么：
let number = 7;
再次運(yùn)行程序并查看輸出：
$ cargo run
Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31s
Running `target/debug/branches`
condition was false
另外值得注意的是代碼中的條件 必須 是 ?bool ?值。如果條件不是 ?bool ?值，我們將得到一個錯誤。例如，嘗試運(yùn)行以下代碼：
文件名: src/main.rs
fn main() { let number = 3;
if number {
println!("number was three");
}
}
這里 ?if ?條件的值是 ?3?，Rust 拋出了一個錯誤：
$ cargo run
Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
error[E0308]: mismatched types
--> src/main.rs:4:8
|
4 | if number {
| ^^^^^^ expected `bool`, found integer
For more information about this error, try `rustc --explain E0308`.
error: could not compile `branches` due to previous error
這個錯誤表明 Rust 期望一個 ?bool ?卻得到了一個整數(shù)。不像 Ruby 或 JavaScript 這樣的語言，Rust 并不會嘗試自動地將非布爾值轉(zhuǎn)換為布爾值。必須總是顯式地使用布爾值作為 ?if ?的條件。例如，如果想要 ?if ?代碼塊只在一個數(shù)字不等于 ?0? 時執(zhí)行，可以把 ?if ?表達(dá)式修改成下面這樣：
文件名: src/main.rs
fn main() {
let number = 3;
if number != 0 {
println!("number was something other than zero");
}
}
運(yùn)行代碼會打印出 ?number was something other than zero?。
使用 else if 處理多重條件
可以將 ?else if? 表達(dá)式與 ?if ?和 ?else ?組合來實現(xiàn)多重條件。例如：
文件名: src/main.rs
fn main() {
let number = 6;
if number % 4 == 0 {
println!("number is divisible by 4");
} else if number % 3 == 0 {
println!("number is divisible by 3");
} else if number % 2 == 0 {
println!("number is divisible by 2");
} else {
println!("number is not divisible by 4, 3, or 2");
}
}
這個程序有四個可能的執(zhí)行路徑。運(yùn)行后應(yīng)該能看到如下輸出：
$ cargo run
Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31s
Running `target/debug/branches`
number is divisible by 3
當(dāng)執(zhí)行這個程序時，它按順序檢查每個 ?if ?表達(dá)式并執(zhí)行第一個條件為真的代碼塊。注意即使 6 可以被 2 整除，也不會輸出 ?number is divisible by 2?，更不會輸出 ?else ?塊中的 ?number is not divisible by 4, 3, or 2?。原因是 Rust 只會執(zhí)行第一個條件為真的代碼塊，并且一旦它找到一個以后，甚至都不會檢查剩下的條件了。
使用過多的 ?else if? 表達(dá)式會使代碼顯得雜亂無章，所以如果有多于一個 ?else if? 表達(dá)式，最好重構(gòu)代碼。為此，第六章會介紹一個強(qiáng)大的 Rust 分支結(jié)構(gòu)（branching construct），叫做 ?match?。
在 let 語句中使用 if
因為 ?if ?是一個表達(dá)式，我們可以在 ?let ?語句的右側(cè)使用它，例如在示例 3-2 中：
文件名: src/main.rs
fn main() {
let condition = true;
let number = if condition { 5 } else { 6 };
println!("The value of number is: {number}");
}
示例 3-2：將 ?if ?表達(dá)式的返回值賦給一個變量
?number ?變量將會綁定到表示 ?if ?表達(dá)式結(jié)果的值上。運(yùn)行這段代碼看看會出現(xiàn)什么：
$ cargo run
Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.30s
Running `target/debug/branches`
The value of number is: 5
記住，代碼塊的值是其最后一個表達(dá)式的值，而數(shù)字本身就是一個表達(dá)式。在這個例子中，整個 ?if ?表達(dá)式的值取決于哪個代碼塊被執(zhí)行。這意味著 ?if ?的每個分支的可能的返回值都必須是相同類型；在示例 3-2 中，?if ?分支和 ?else ?分支的結(jié)果都是 ?i32 ?整型。如果它們的類型不匹配，如下面這個例子，則會出現(xiàn)一個錯誤：
文件名: src/main.rs
fn main() { let condition = true;
let number = if condition { 5 } else { "six" };
println!("The value of number is: {number}");
}
當(dāng)編譯這段代碼時，會得到一個錯誤。?if ?和 ?else ?分支的值類型是不相容的，同時 Rust 也準(zhǔn)確地指出在程序中的何處發(fā)現(xiàn)的這個問題：
$ cargo run
Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
error[E0308]: `if` and `else` have incompatible types
--> src/main.rs:4:44
|
4 | let number = if condition { 5 } else { "six" };
| - ^^^^^ expected integer, found `&str`
| |
| expected because of this
For more information about this error, try `rustc --explain E0308`.
error: could not compile `branches` due to previous error
?if ?代碼塊中的表達(dá)式返回一個整數(shù)，而 ?else ?代碼塊中的表達(dá)式返回一個字符串。這不可行，因為變量必須只有一個類型。Rust 需要在編譯時就確切的知道 ?number ?變量的類型，這樣它就可以在編譯時驗證在每處使用的 ?number ?變量的類型是有效的。如果?number?的類型僅在運(yùn)行時確定，則 Rust 無法做到這一點；且編譯器必須跟蹤每一個變量的多種假設(shè)類型，那么它就會變得更加復(fù)雜，對代碼的保證也會減少。
使用循環(huán)重復(fù)執(zhí)行
多次執(zhí)行同一段代碼是很常用的，Rust 為此提供了多種 循環(huán)（loops）。一個循環(huán)執(zhí)行循環(huán)體中的代碼直到結(jié)尾并緊接著回到開頭繼續(xù)執(zhí)行。為了實驗一下循環(huán)，讓我們新建一個叫做 loops 的項目。
Rust 有三種循環(huán)：?loop?、?while ?和 ?for?。我們每一個都試試。
使用 loop 重復(fù)執(zhí)行代碼
?loop ?關(guān)鍵字告訴 Rust 一遍又一遍地執(zhí)行一段代碼直到你明確要求停止。
作為一個例子，將 loops 目錄中的 src/main.rs 文件修改為如下：
文件名: src/main.rs
fn main() {
loop {
println!("again!");
}
}
當(dāng)運(yùn)行這個程序時，我們會看到連續(xù)的反復(fù)打印 ?again!?，直到我們手動停止程序。大部分終端都支持一個快捷鍵，ctrl-c，來終止一個陷入無限循環(huán)的程序。嘗試一下：
$ cargo run
Compiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.29s
Running `target/debug/loops`
again!
again!
again!
again!
^Cagain!
符號 ?^C? 代表你在這按下了ctrl-c。在 ?^C? 之后你可能看到也可能看不到 ?again!? ，這取決于在接收到終止信號時代碼執(zhí)行到了循環(huán)的何處。
幸運(yùn)的是，Rust 提供了一種從代碼中跳出循環(huán)的方法。可以使用 ?break ?關(guān)鍵字來告訴程序何時停止循環(huán)。回憶一下在第二章猜猜看游戲的 “猜測正確后退出” 部分使用過它來在用戶猜對數(shù)字贏得游戲后退出程序。
我們在猜謎游戲中也使用了 ?continue?。循環(huán)中的 ?continue ?關(guān)鍵字告訴程序跳過這個循環(huán)迭代中的任何剩余代碼，并轉(zhuǎn)到下一個迭代。
從循環(huán)返回值
?loop ?的一個用例是重試可能會失敗的操作，比如檢查線程是否完成了任務(wù)。然而你可能會需要將操作的結(jié)果傳遞給其它的代碼。如果將返回值加入你用來停止循環(huán)的 ?break ?表達(dá)式，它會被停止的循環(huán)返回：
fn main() {
let mut counter = 0;
let result = loop {
counter += 1;
if counter == 10 {
break counter * 2;
}
};
println!("The result is {result}");
}
在循環(huán)之前，我們聲明了一個名為 ?counter ?的變量并初始化為 ?0?。接著聲明了一個名為 ?result ?來存放循環(huán)的返回值。在循環(huán)的每一次迭代中，我們將 ?counter ?變量加 ?1?，接著檢查計數(shù)是否等于 ?10?。當(dāng)相等時，使用 ?break ?關(guān)鍵字返回值 ?counter * 2?。循環(huán)之后，我們通過分號結(jié)束賦值給 ?result ?的語句。最后打印出 ?result ?的值，也就是
20。
循環(huán)標(biāo)簽：在多個循環(huán)之間消除歧義
如果存在嵌套循環(huán)，?break ?和 ?continue ?應(yīng)用于此時最內(nèi)層的循環(huán)。你可以選擇在一個循環(huán)上指定一個 循環(huán)標(biāo)簽（loop label），然后將標(biāo)簽與 ?break ?或 ?continue ?一起使用，使這些關(guān)鍵字應(yīng)用于已標(biāo)記的循環(huán)而不是最內(nèi)層的循環(huán)。下面是一個包含兩個嵌套循環(huán)的示例
fn main() {
let mut count = 0;
'counting_up: loop {
println!("count = {count}");
let mut remaining = 10;
loop {
println!("remaining = {remaining}");
if remaining == 9 {
break;
}
if count == 2 {
break 'counting_up;
}
remaining -= 1;
}
count += 1;
}
println!("End count = {count}");
}
外層循環(huán)有一個標(biāo)簽 ?counting_up?，它將從 0 數(shù)到 2。沒有標(biāo)簽的內(nèi)部循環(huán)從 10 向下數(shù)到 9。第一個沒有指定標(biāo)簽的 ?break ?將只退出內(nèi)層循環(huán)。?break 'counting_up;? 語句將退出外層循環(huán)。這個代碼打印:
$ cargo run
Compiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.58s
Running `target/debug/loops`
count = 0
remaining = 10
remaining = 9
count = 1
remaining = 10
remaining = 9
count = 2
remaining = 10
End count = 2
while 條件循環(huán)
在程序中計算循環(huán)的條件也很常見。當(dāng)條件為真，執(zhí)行循環(huán)。當(dāng)條件不再為真，調(diào)用 ?break? 停止循環(huán)。這個循環(huán)類型可以通過組合 ?loop?、?if?、?else ?和 ?break ?來實現(xiàn)；如果你喜歡的話，現(xiàn)在就可以在程序中試試。
然而，這個模式太常用了，Rust 為此內(nèi)置了一個語言結(jié)構(gòu)，它被稱為 ?while ?循環(huán)。示例 3-3 使用了 ?while?：程序循環(huán)三次，每次數(shù)字都減一。接著，在循環(huán)結(jié)束后，打印出另一個信息并退出。
文件名: src/main.rs
fn main() {
let mut number = 3;
while number != 0 {
println!("{number}!");
number -= 1;
}
println!("LIFTOFF!!!");
}
示例 3-3: 當(dāng)條件為真時，使用 ?while ?循環(huán)運(yùn)行代碼
這種結(jié)構(gòu)消除了很多使用 ?loop?、?if?、?else ?和 ?break ?時所必須的嵌套，這樣更加清晰。當(dāng)條件為真就執(zhí)行，否則退出循環(huán)。
使用 for 遍歷集合
可以使用 ?while ?結(jié)構(gòu)來遍歷集合中的元素，比如數(shù)組。例如，看看示例 3-4。
文件名: src/main.rs
fn main() {
let a = [10, 20, 30, 40, 50];
let mut index = 0;
while index < 5 {
println!("the value is: {}", a[index]);
index += 1;
}
}
示例 3-4：使用 ?while ?循環(huán)遍歷集合中的元素
這里，代碼對數(shù)組中的元素進(jìn)行計數(shù)。它從索引 ?0? 開始，并接著循環(huán)直到遇到數(shù)組的最后一個索引（這時，?index < 5? 不再為真）。運(yùn)行這段代碼會打印出數(shù)組中的每一個元素：
$ cargo run
Compiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.32s
Running `target/debug/loops`
the value is: 10
the value is: 20
the value is: 30
the value is: 40
the value is: 50
數(shù)組中的所有五個元素都如期被打印出來。盡管 ?index ?在某一時刻會到達(dá)值 ?5?，不過循環(huán)在其嘗試從數(shù)組獲取第六個值（會越界）之前就停止了。
但這個過程很容易出錯；如果索引長度或測試條件不正確會導(dǎo)致程序 panic。例如，如果將 ?a? 數(shù)組的定義改為包含 4 個元素而忘記了更新條件 ?while index < 4?，則代碼會 panic。這也使程序更慢，因為編譯器增加了運(yùn)行時代碼來對每次循環(huán)進(jìn)行條件檢查，以確定在循環(huán)的每次迭代中索引是否在數(shù)組的邊界內(nèi)。
作為更簡潔的替代方案，可以使用 ?for ?循環(huán)來對一個集合的每個元素執(zhí)行一些代碼。?for ?循環(huán)看起來如示例 3-5 所示：
文件名: src/main.rs
fn main() {
let a = [10, 20, 30, 40, 50];
for element in a {
println!("the value is: {element}");
}
}
示例 3-5：使用 ?for ?循環(huán)遍歷集合中的元素
當(dāng)運(yùn)行這段代碼時，將看到與示例 3-4 一樣的輸出。更為重要的是，我們增強(qiáng)了代碼安全性，并消除了可能由于超出數(shù)組的結(jié)尾或遍歷長度不夠而缺少一些元素而導(dǎo)致的 bug。
例如，在示例 3-4 的代碼中，如果你將 ?a? 數(shù)組的定義改為有四個元素，但忘記將條件更新為 ?while index < 4?，代碼將會 panic。使用 ?for ?循環(huán)的話，就不需要惦記著在改變數(shù)組元素個數(shù)時修改其他的代碼了。
?for ?循環(huán)的安全性和簡潔性使得它成為 Rust 中使用最多的循環(huán)結(jié)構(gòu)。即使是在想要循環(huán)執(zhí)行代碼特定次數(shù)時，例如示例 3-3 中使用 ?while ?循環(huán)的倒計時例子，大部分 Rustacean 也會使用 ?for ?循環(huán)。這么做的方式是使用 ?Range?，它是標(biāo)準(zhǔn)庫提供的類型，用來生成從一個數(shù)字開始到另一個數(shù)字之前結(jié)束的所有數(shù)字的序列。
下面是一個使用 ?for ?循環(huán)來倒計時的例子，它還使用了一個我們還未講到的方法，?rev?，用來反轉(zhuǎn) range：
文件名: src/main.rs
fn main() {
for number in (1..4).rev() {
println!("{number}!");
}
println!("LIFTOFF!!!");
}
這段代碼看起來更帥氣不是嗎？
總結(jié)
你做到了！這是一個大章節(jié)：你學(xué)習(xí)了變量、標(biāo)量和復(fù)合數(shù)據(jù)類型、函數(shù)、注釋、 ?if ?表達(dá)式和循環(huán)！如果你想要實踐本章討論的概念，嘗試構(gòu)建如下程序：
- 相互轉(zhuǎn)換攝氏與華氏溫度。
- 生成 n 階斐波那契數(shù)列。
- 打印圣誕頌歌 “The Twelve Days of Christmas” 的歌詞，并利用歌曲中的重復(fù)部分（編寫循環(huán)）。
當(dāng)你準(zhǔn)備好繼續(xù)的時候，讓我們討論一個其他語言中 并不 常見的概念：所有權(quán)（ownership）。
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