專欄簡(jiǎn)介

本專欄是優(yōu)質(zhì)Rust技術(shù)專欄，推薦精通一門技術(shù)棧的蟹友，不建議完全無計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的同學(xué)

感謝Rust圣經(jīng)開源社區(qū)的同學(xué)，為后來者提供了非常優(yōu)秀的Rust學(xué)習(xí)資源

本文使用：

• 操作系統(tǒng)macOS Sonoma 14 / Apple M1
• 編譯器：Rustc & Cargo

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Rust教程：How to Rust-基本類型

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專欄簡(jiǎn)介

更新記錄

前言

整型

整型溢出

浮點(diǎn)型

NaN

?使用As進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換

結(jié)語

本文參考文獻(xiàn)

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2024.3.24 發(fā)布文章

前言

Rust中的整型怎么寫？整型溢出會(huì)怎么樣？浮點(diǎn)型呢？NaN是什么？如何進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換？

整型

Rust的類型系統(tǒng)與其他編程語言有許多相似之處，但Rust對(duì)類型的處理有其獨(dú)特之處。在Rust中，整數(shù)類型的符號(hào)大小直接體現(xiàn)在類型名稱中，這有助于清晰地表達(dá)每個(gè)類型的取值范圍。

Rust的整數(shù)類型如下：

類型定義的形式統(tǒng)一為：有無符號(hào) + 大?。ㄎ粩?shù)）。無符號(hào)數(shù)表示數(shù)字只能取正數(shù)和0，而有符號(hào)則表示數(shù)字可以取正數(shù)、負(fù)數(shù)以及0。就像我們?cè)诩埳蠈憯?shù)字一樣，當(dāng)需要強(qiáng)調(diào)符號(hào)時(shí)，數(shù)字前面可以帶上正號(hào)或負(fù)號(hào)；然而，當(dāng)很明顯確定數(shù)字為正數(shù)時(shí)，就不需要加上正號(hào)了。有符號(hào)數(shù)字在Rust中是以補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)的。

在Rust編程語言中，isize和usize是兩個(gè)與平臺(tái)相關(guān)的整數(shù)類型。它們的大小取決于目標(biāo)機(jī)器的指針大小。isize是一個(gè)有符號(hào)整數(shù)類型，其大小與機(jī)器的字大小相同。在32位系統(tǒng)上，isize通常是32位；在64位系統(tǒng)上，isize通常是64位。usize則是相應(yīng)的無符號(hào)版本。

整型溢出

關(guān)于整型溢出，Rust有一些特別的規(guī)則。當(dāng)在debug模式編譯時(shí)，Rust會(huì)檢查整型溢出，并在發(fā)現(xiàn)溢出時(shí)使程序panic（即崩潰）。然而，在release模式下編譯時(shí)，Rust不檢測(cè)溢出，而是按照補(bǔ)碼循環(huán)溢出的規(guī)則處理。這意味著大于該類型最大值的數(shù)值會(huì)被轉(zhuǎn)換成該類型能夠支持的對(duì)應(yīng)的最小值。例如，在u8類型中，256會(huì)變成0，257會(huì)變成1，以此類推。

為了顯式處理可能的溢出，Rust標(biāo)準(zhǔn)庫為原始數(shù)字類型提供了一系列方法：

• 使用wrapping_*方法在所有模式下都按照補(bǔ)碼循環(huán)溢出規(guī)則處理，例如wrapping_add。
• 如果使用checked_*方法時(shí)發(fā)生溢出，則返回None值。
• 使用overflowing_*方法返回該值和一個(gè)指示是否存在溢出的布爾值。
• 使用saturating_*方法，可以限定計(jì)算后的結(jié)果不超過目標(biāo)類型的最大值或不低于最小值。

例如：

let result1 = (250_u8).wrapping_add(10); // 結(jié)果是 4
let result2 = (120_i8).wrapping_add(10); // 結(jié)果是 -126
let result3 = (300_u16).wrapping_mul(800); // 結(jié)果是 43392
let result4 = (-100_i8).wrapping_sub(100); // 結(jié)果是 56

在這些例子中，wrapping_*方法用于在溢出時(shí)按照補(bǔ)碼循環(huán)溢出的規(guī)則進(jìn)行處理，而不是使程序崩潰。然而，需要注意的是，依賴這種默認(rèn)行為的代碼通常被認(rèn)為是錯(cuò)誤的，因?yàn)樗赡軐?dǎo)致程序中的邏輯錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)損壞。在編寫涉及整數(shù)運(yùn)算的代碼時(shí)，應(yīng)該仔細(xì)考慮如何處理可能的溢出情況，并使用適當(dāng)?shù)姆椒▉頇z查或處理它們

浮點(diǎn)型

浮點(diǎn)類型數(shù)字是帶有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)值，在Rust中，主要有兩種浮點(diǎn)類型：f32和f64，分別對(duì)應(yīng)32位和64位大小的浮點(diǎn)數(shù)。默認(rèn)情況下，Rust使用f64作為浮點(diǎn)類型，因?yàn)樵诂F(xiàn)代CPU上，盡管f32和f64的速度相差無幾，但f64提供了更高的精度。

let variable_float = 2.0;
let variable_f32: f32 = 3.0;

變量variable_float的類型是默認(rèn)的f64，而變量variable_f32的類型則是顯式聲明的f32。當(dāng)然，你也可以顯式聲明f64類型的變量，例如：

let variable_f64: f64 = 4.0;

使用浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，如果不謹(jǐn)慎，可能會(huì)帶來一些潛在的危險(xiǎn)。這主要有兩個(gè)原因：

首先，浮點(diǎn)數(shù)通常是用來近似表達(dá)你想要的數(shù)值。請(qǐng)注意，這里的“近似表達(dá)”是因?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)類型是基于二進(jìn)制實(shí)現(xiàn)的，而我們通常使用的數(shù)字則是基于十進(jìn)制的。例如，數(shù)值0.1在二進(jìn)制中無法精確表示，這導(dǎo)致了一定的歧義。盡管浮點(diǎn)數(shù)能夠代表真實(shí)的數(shù)值，但由于其底層格式的限制，它通常受限于定長(zhǎng)的浮點(diǎn)數(shù)精度。如果你需要表達(dá)完全精確的真實(shí)數(shù)字，則需要使用具有無限精度的數(shù)學(xué)庫。

其次，浮點(diǎn)數(shù)在某些特性上是反直覺的。雖然可以使用>、>=等運(yùn)算符對(duì)浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行比較，但在某些場(chǎng)景下，這種直覺上的比較特性可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。f32和f64上的比較運(yùn)算實(shí)現(xiàn)了std::cmp::PartialEq特性，但并沒有實(shí)現(xiàn)std::cmp::Eq特性，而后者在其他數(shù)值類型上都有定義。

來看個(gè)例子

fn main()
{
    assert_eq!(0.1 + 0.2, 0.3); // 這行代碼會(huì)觸發(fā) panic，因?yàn)槎M(jìn)制精度問題導(dǎo)致 0.1 + 0.2 不嚴(yán)格等于 0.3
}

上述代碼中，第三行是一個(gè)斷言，斷言0.1 + 0.2的結(jié)果就是0.3。然而，由于二進(jìn)制精度的問題，0.1 + 0.2并不嚴(yán)格等于0.3，它們之間可能存在小數(shù)點(diǎn)后某位的誤差，這與大多數(shù)編程語言中的浮點(diǎn)數(shù)行為是一致的。

NaN

對(duì)于數(shù)學(xué)上未定義的結(jié)果，如負(fù)數(shù)開平方根，Rust的浮點(diǎn)數(shù)類型會(huì)使用NaN（Not a Number）來處理這些情況。任何與NaN進(jìn)行交互的操作都會(huì)返回NaN，并且NaN不能用于比較（如斷言），這會(huì)導(dǎo)致程序崩潰。

例如，以下代碼會(huì)產(chǎn)生NaN：

fn main()
{
    let variable = (-1.1_f64).sqrt();
}

為了避免程序因NaN而崩潰，我們可以使用一些方法來檢查數(shù)值是否為NaN，例如使用.is_nan()方法：

fn main()
{
    let variable = (-1.1_f64).sqrt();
    if variable.is_nan()
    {
        println!("NaN")
    }
}

使用.is_nan()可以幫助我們安全地處理可能產(chǎn)生NaN的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。?

?使用As進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換

在Rust中，as關(guān)鍵字用于在原始類型（如i64、f64、u64、char等）之間進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。然而，需要注意的是，as關(guān)鍵字并不適用于復(fù)合類型，比如String或其他用戶定義的類型。對(duì)于復(fù)合類型的轉(zhuǎn)換，通常需要使用其他方法或函數(shù)。

例如，如果你有一個(gè)i32類型的變量，并希望將其轉(zhuǎn)換為f64類型的浮點(diǎn)數(shù)，你可以使用as關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換：

let num_i32: i32 = 42;  
let num_f64: f64 = num_i32 as f64;

但是，as關(guān)鍵字的使用是有限制的，它只能在那些具有明確定義轉(zhuǎn)換規(guī)則的類型之間起作用。如果嘗試在不兼容的類型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，Rust編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。例如，下面的代碼嘗試將一個(gè)String轉(zhuǎn)換為i32，這是不允許的，因?yàn)?code>String和i32之間沒有直接的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

let str_num = "123".to_string();  
let num_i32: i32 = str_num as i32; // 這行會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)?String 不能直接轉(zhuǎn)換為 i32

在上面的代碼中，嘗試使用as來轉(zhuǎn)換str_num變量會(huì)導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤，因?yàn)?code>String類型不能直接用as關(guān)鍵字轉(zhuǎn)換為i32類型。如果需要將字符串轉(zhuǎn)換為整數(shù)，你需要使用其他方法，比如parse方法：

let str_num = "123";  
let num_i32: i32 = str_num.parse().unwrap(); // 使用 parse 方法來將字符串轉(zhuǎn)換為整數(shù)

在上面的代碼中，我們使用了parse()方法，該方法嘗試將字符串解析為相應(yīng)的數(shù)值類型，并返回一個(gè)Result枚舉，表示解析操作是否成功。使用unwrap()方法可以獲取解析結(jié)果，但如果解析失?。ū热缱址皇怯行У臄?shù)字表示），則會(huì)觸發(fā)panic。在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要對(duì)parse()的返回值進(jìn)行更健壯的錯(cuò)誤處理。

因此，在使用as進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換時(shí)，需要確保轉(zhuǎn)換的類型之間具有明確定義的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并且不適用于復(fù)合類型或沒有直接轉(zhuǎn)換關(guān)系的類型。對(duì)于更復(fù)雜的類型轉(zhuǎn)換需求，需要利用Rust提供的相應(yīng)函數(shù)或方法。

結(jié)語

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本文共3646字

本文參考文獻(xiàn)

Rust圣經(jīng)

文心一言?

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在 Rust 中處理整數(shù)溢出

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