基本类型

在 Rust 中，类型系统不仅用于约束错误，更是表达意图的工具。掌握整数与浮点数、布尔与字符、数组与切片、元组与字符串等基础类型，是理解所有权、生命周期、泛型与并发等进阶主题的前提。

数值类型

在 Rust 里，整数类型可以分为有符号和无符号两大类。有符号整数以 i 开头，比如 i8、i16、i32、i64、i128，能表示正数、负数和零； 无符号整数以 u 开头，比如 u8、u16、u32、u64、u128，只表示零和正数。此外，还有 isize 和 usize，它们的位宽会根据我们运行的平台自动调整，适合用来表示内存地址或集合的长度。

浮点数类型有 f32 和 f64，其中 f64 是默认类型，精度更高。我们在写数值字面量时，可以用不同的进制前缀，比如 0b 表示二进制，0o 表示八进制，0x 表示十六进制。 为了让长数字更易读，还可以在数字中间加下划线分隔，比如 1_000_000 代表一百万。

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fn main() {
    let dec = 1_234u32;
    let hex = 0xff_u8;
    let bin = 0b1010_1010u8;
    let oct = 0o755u16;
    println!("{dec} {hex} {bin} {oct}");
}

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1234 255 170 493

整数的溢出

在 Rust 里，如果我们在调试模式（debug）下让整数发生溢出，比如让一个 u8 类型的变量加到 256 以上，程序会直接 panic，帮助我们及时发现 bug。 而在发布模式（release）下，相同的溢出操作不会报错，而是采用二进制回绕的方式，比如 255 加 1 会变成 0。

针对不同的业务需求，标准库还为我们准备了多种带有不同溢出语义的方法，比如 checked_add 会在溢出时返回 None，saturating_add 会在溢出时返回类型能表示的最大值，wrapping_add 则直接回绕到零点重新计数，overflowing_add 不仅返回结果，还告诉我们是否发生了溢出。 这样一来，我们可以根据实际场景，明确地选择最合适的行为：

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fn main() {
    let x: u8 = 250;
    println!("{:?}", x.checked_add(10));       // None
    println!("{}", x.saturating_add(10));      // 255
    println!("{}", x.wrapping_add(10));        // 4
    println!(

浮点：IEEE 754、NaN 与容差比较

在 Rust 里，浮点数类型（如 f32 和 f64）采用 IEEE 754 标准进行存储和运算，这意味着它们不仅能表示普通的实数，还能表示正无穷大、负无穷大以及特殊的“非数”（NaN，Not a Number）。 当我们在程序中遇到 NaN 时，无论用等于还是不等于去比较，结果都会是 false，也就是说 NaN != NaN 依然成立。

这种特性会影响排序和查找等操作，所以我们在处理包含 NaN 的浮点数据时要格外小心。 此外，由于浮点数的精度有限，直接用 == 判断两个浮点数是否相等往往会出现意料之外的结果。 我们通常会采用“容差比较”的方式，也就是判断两个数的差值是否在一个很小的范围内，这样才能更可靠地比较浮点数是否“足够接近”。

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fn close(a: f64, b: f64, eps: f64) -> bool { (a - b).abs() < eps }
 
fn main() {
    let x = 0.1f64 + 0.2f64;
    println!("x = {x}");
    println!("close? {}", close(x, 

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x = 0.30000000000000004
close? true
true true

数值运算与位操作

在 Rust 语言中，整数类型不仅可以进行常见的加法、减法、乘法、除法和取余等数值运算，还可以直接操作每一位的二进制值，比如按位与、按位或、按位异或、按位取反，以及左移和右移等操作。 需要特别注意的是，进行移位操作时，右侧的移位数值必须在当前整数类型的位宽范围之内，比如 u8 类型最多只能移 0 到 7 位，超出范围会导致未定义行为。 Rust 编译器会在编译阶段或者运行时对移位的合法性进行检查，帮助我们及时发现潜在的错误，保证程序的健壮性和安全性。

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fn main() {
    let a = 0b1010_0001u8; // 161
    let b = 0b0110_1100u8; // 108
    println!("and={} or={} xor={} shl={} shr={}", a & b, a | b, a ^ b, a << 2, b >> 3);
}

字面量后缀与类型推断

在 Rust 里，如果变量的类型无法通过上下文自动推断出来，我们就需要在字面量后面加上类型后缀，比如写成 42u32 或 3.14f64，这样编译器才能明确知道具体类型。 对于那些需要暴露给外部使用的接口，或者我们希望代码更清晰易懂的场合，也建议主动标注类型，这样别人阅读代码时能一目了然，减少歧义和误解。

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fn area(width: u32, height: u32) -> u32 { width * height }
 
fn main() {
    let w = 16u32;   // 后缀明确类型
    let h: u32 = 9;  // 注解明确类型
    println!("{}", area(w, h));
}

布尔值

在 Rust 语言中，条件判断表达式必须严格返回布尔类型 bool，而不像某些其他语言那样允许用整数、指针或其他类型进行“非零即真”的隐式转换。 这样设计可以从根本上避免歧义和潜在的逻辑错误，让我们的代码更加清晰和安全。例如，不能直接把一个数字用作 if 条件，必须显式写成比较表达式，如 x != 0，否则编译器会报错。

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fn main() {
    let pass = 87 >= 60;
    let res = if pass { "pass" } else { "fail" };
    println!("{res}");
}

字符

在 Rust 语言中，char 类型用于表示单个 Unicode 字符，它是一个 4 字节的标量值，可以容纳任何有效的 Unicode 字符。 与 C/C++ 不同，Rust 中的 char 类型不能直接用作条件判断，必须显式转换为布尔值。

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fn main() {
    let zh: char = '学';
    let emoji: char = '🦀';
    println!("{} {} {}", zh, zh as u32, emoji);
}

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学 23398 🦀

字符串：str 与 String

在 Rust 里，str 是最基础的字符串类型，通常我们会以 &str 的形式来使用它，比如字符串字面量或者对字符串的只读借用。String 则是一个拥有所有权的字符串类型，它会在堆上分配内存，支持动态增长和内容修改。我们可以很方便地把 &String 当作 &str 来用，因为它们之间可以自动转换；但如果想把 &str 变成 String，就需要分配新的堆内存，把内容复制过去。

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fn greet(name: &str) -> String { format!("你好，{name}！") }
 
fn main() {
    let owned = String::from("Rust");
    let borrowed: &str = &owned;
    let msg = greet(borrowed);
    println!("{msg}"

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你好，Rust！

UTF-8 边界与切片

在 Rust 里，字符串的切片操作其实是按照字节来定位的。我们在取字符串的某一部分时，必须保证切片的起始和结束位置都正好落在 UTF-8 字符的边界上。 只要有一个位置落在字符的中间，程序就会直接 panic 报错。所以，处理多字节字符（比如中文或 emoji）时，切片范围一定要小心，不能随意指定字节下标。

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fn main() {
    let s = "你好Rust"; // UTF-8 中文占多字节
    let hello = &s[0..6]; // “你”(3字节) + “好”(3字节)
    println!("{hello}");
}

字符串的拼接、插入和格式化

在 Rust 里，我们经常需要把多个字符串合成一个，或者在已有字符串中插入内容，还会用到格式化来生成带变量的文本。 拼接字符串时，最常见的方式是用 push_str 方法把一个字符串片段加到已有的 String 后面。 如果要插入单个字符，可以用 push 方法。对于更复杂的场景，比如要把变量嵌入到字符串里，format! 宏就非常方便，它能像模板一样，把变量值填充到指定位置，生成一个新的 String。

举个例子，我们想把“欢迎”这个词和一个名字拼成一句完整的问候语，可以先用 String::from 创建一个可变字符串，然后用 push_str 把名字加上去。 假如还想在名字后面加个感叹号，可以再用 push 插入字符。如果我们有多个变量，比如年级和班级，也可以用 format! 直接生成类似“张三同学，欢迎来到高一三班！”这样的句子。

这些操作都不会影响原有的字符串切片 &str，因为只有 String 类型才支持内容的修改和扩展。每次用 format! 都会生成一个新的字符串，不会改变原有变量的值。这样既保证了安全，也让我们在处理文本时更加灵活。

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fn main() {
    let mut s = String::from("Rust");
    s.push(' ');
    s.push_str("1.0");
    let t = format!("{s} + {}", "hello");
    println!("{t}");
}

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Rust 1.0 + hello

数组与切片

数组就是长度固定、类型一致的一组数据，比如 [i32; 4] 表示 4 个整型元素，长度在编译时就定死了。 切片（&[T] 或 &mut [T]）可以理解为“数组的一部分视图”，它能指向数组里连续的一段数据，长度可以变化。 我们写函数时，通常用切片当参数，这样不管传整个数组还是其中一段都行，代码更灵活。

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fn sum(slice: &[i32]) -> i32 { slice.iter().sum() }
 
fn main() {
    let arr: [i32; 4] = [1, 2, 3, 4];
    let s1 = &arr[..

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4 3 9

切片的方法与视图分块

我们可以用切片自带的 windows、chunks、chunks_exact 这些方法，把一段数据按固定长度一块一块地分开来看，非常适合需要分组处理的场景。

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fn main() {
    let a = [1,2,3,4,5,6];
    for w in a.windows(3) { print!("{:?} ", w); }
    println!();
    for c in a.chunks(2) { print!

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[1, 2, 3] [2, 3, 4] [3, 4, 5] [4, 5, 6] 
[1, 2] [3, 4] [5, 6] 

元组：异质聚合与解构

元组（tuple）可以把多个不同类型的数据按顺序组合在一起，形成一个整体。我们可以把它想象成一个小包裹，里面可以装下不同种类的东西，比如数字、字符串、布尔值等。 元组最常见的用途有两个：一是当我们需要从函数里一次性返回多个不同类型的值时，用元组打包返回最方便； 二是临时把一些相关但类型不同的数据组合在一起，便于后续处理。比如说，我们想统计一组数据的长度、总和和最大值，这三者类型不一样，就可以用元组一起返回。

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fn stats(values: &[i32]) -> (usize, i32, i32) {
    let len = values.len();
    let sum: i32 = values.iter().sum();
    let max = *values.iter().

类型转换：as、From/TryFrom、Into/TryInto

在 Rust 里，类型转换有几种常见方式，各有适用场景和注意事项。我们可以用 as 关键字进行强制类型转换，这种方式非常直接，但如果目标类型无法完整表示原值，可能会发生数据截断或溢出，导致信息丢失。 比如把一个较大的整数强转成较小的类型时，超出的部分会被丢弃。

如果我们希望类型转换更安全，可以用 From 和 Into 这两个 trait。它们要求转换在逻辑上是可靠且不会失败的，比如从 u8 转成 u16，因为目标类型能完全容纳原值。这种转换在编译期就能保证安全。

而当转换有可能失败，比如把一个大整数转成小整数，或者把字符串解析成数字时，我们可以用 TryFrom 和 TryInto。这两个 trait 会返回一个 Result，让我们有机会处理失败的情况，避免程序崩溃。 这样，我们可以根据实际情况决定如何应对转换失败，比如给出提示或者使用默认值。

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use std::convert::{TryFrom, TryInto};
 
fn main() {
    let big: u16 = 300;
    let small = big as u8; // 截断为 44
    println!("{small}");
 
    let ok: u8 = 200u16.try_into()

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44
200
42

习题

9. 摄氏/华氏温度转换练习

编写一个温度转换程序，要求：

• 创建两个函数：celsius_to_fahrenheit（摄氏转华氏）和fahrenheit_to_celsius（华氏转摄氏）
• 使用浮点数类型（f64）进行计算
• 转换公式：华氏 = 摄氏 × 9/5 + 32，摄氏 = (华氏 - 32) × 5/9
• 使用格式化输出，保留两位小数
• 测试多个温度值并输出结果

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// 摄氏转华氏
fn celsius_to_fahrenheit(celsius: f64) -> f64 {
    celsius * 9.0 / 5.0 + 32.0
}
 
// 华氏转摄氏
fn fahrenheit_to_celsius(fahrenheit: f64) -> f64 {
    (fahrenheit - 32.0) * 5.0 / 9.0
}
 
fn main

10. 切片、迭代、Option与Result协作练习

编写一个程序，要求：

• 创建一个函数，接受一个整数切片，计算所有元素的和
• 使用迭代器（iterator）遍历切片
• 处理空切片的情况（返回Option）
• 处理整数溢出风险（使用checked_add，返回Result）
• 如果切片为空，返回None
• 如果计算过程中发生溢出，返回Err
• 成功时返回Ok(Some(sum))

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use std::num::Wrapping;
 
// 计算切片元素的和，处理空切片和溢出
fn safe_sum(numbers: &[i32]) -> Result<Option<i32>, &'static str> {
    // 处理空切片：返回None
    if numbers.is_empty() {
        return Ok(None);
    }

说明：

• 使用f64类型进行浮点数计算
• 函数分解：将转换逻辑封装成独立函数
• 格式化输出：使用{:.2}保留两位小数
• 使用向量存储多个测试值
• 验证往返转换的准确性

说明：

• 切片处理：使用&[i32]作为参数，可以接受数组、向量或切片
• 迭代器：使用iter()和for循环，或使用try_fold等迭代器方法
• Option处理：空切片返回Ok(None)，非空返回Ok(Some(sum))
• Result处理：使用checked_add检查溢出，溢出时返回Err
• 错误处理：使用match表达式处理所有可能的情况
• 链式操作：演示了使用迭代器链式操作的方式