Rust 定义与实例化结构体

结构体（struct）是Rust中组织和封装相关数据的核心工具。它通过命名字段将不同类型的数据组合成一个有意义的整体，提供比元组更清晰的语义和更强的类型安全性。本章将深入探讨结构体的定义、实例化及高级技巧。

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5.1 结构体的定义与意义

结构体使用 struct 关键字定义，包含字段名和类型声明：

struct User {  active: bool,  username: String,  email: String,  sign_in_count: u64,  
}  

核心特点：

1. 语义明确性：字段名（如 username）直接描述数据含义，避免了元组依赖位置索引的歧义性。
2. 类型安全：每个字段类型在编译时确定，确保内存安全。
3. 灵活性：实例化时字段顺序无需与定义一致。

与元组的对比：

特性	结构体	元组
字段访问	点运算符（user.email）	索引（user.1）
可读性	高（命名字段）	低（依赖位置）
类型组合	支持异构类型	支持异构类型

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5.2 结构体实例化

5.2.1 基本实例化

通过键值对为字段赋值：

let user1 = User {  email: String::from("alice@example.com"),  username: String::from("alice92"),  active: true,  sign_in_count: 1,  
};  

5.2.2 可变性规则

• 整体可变：使用 mut 声明整个实例可变，所有字段均可修改：

  let mut user1 = User { /* ... */ };  
  user1.email = String::from("new_email@example.com"); // 合法修改  
  

• 禁止部分可变：Rust不支持单独标记某个字段可变（如 mut username）。

5.2.3 字段初始化简写

当变量名与字段名相同时，可省略重复赋值：

fn build_user(email: String, username: String) -> User {  User {  email,    // 等价于 email: email  username, // 等价于 username: username  active: true,  sign_in_count: 1,  }  
}  

此语法减少冗余代码，提升可读性。

5.2.4 结构体更新语法

使用 .. 从现有实例复制未显式赋值的字段：

let user2 = User {  email: String::from("bob@example.com"),  ..user1 // 复制user1的其余字段  
};  

注意事项：

1. ..user1 必须置于末尾。
2. 所有权转移：若复制的字段包含所有权类型（如 String），原实例的对应字段将失效：

   println!("{}", user1.username); // ❌ 错误！所有权已转移至user2  
   println!("{}", user1.active);   // ✅ 安全（bool实现Copy）  
   

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5.3 特殊结构体类型

5.3.1 元组结构体（Tuple Struct）

定义时仅声明字段类型，无字段名：

struct Color(i32, i32, i32);  
struct Point(i32, i32, i32);  let black = Color(0, 0, 0);  
let origin = Point(0, 0, 0);  

特点：

• 类型区分：Color 和 Point 是不同类型，即使字段类型相同。
• 访问方式：通过索引（如 black.0）或解构（let Color(r, g, b) = black;）访问字段。

5.3.2 类单元结构体（Unit-Like Struct）

无任何字段的结构体：

struct AlwaysEqual;  
let subject = AlwaysEqual;  

应用场景：

• 实现 trait 但无需存储数据（如标记类型）。
• 泛型编程中的占位符。

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5.4 结构体的所有权与生命周期

5.4.1 所有权规则

结构体默认拥有所有字段的所有权：

struct User {  username: String, // 拥有数据所有权  email: String,  // ...  
}  

优势：结构体失效时自动释放所有字段，避免内存泄漏。

5.4.2 引用字段与生命周期

若需在结构体中存储引用，必须使用生命周期注解：

struct UserBorrowed<'a> {  username: &'a str, // 引用外部数据  email: &'a str,  
}  

要求：引用的数据（如 String 变量）必须比结构体实例存活更久，否则导致悬垂引用。

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5.5 最佳实践与常见场景

1. 数据封装：将关联数据（如用户信息）组合为结构体，提升代码可读性。
2. 类型安全抽象：用独立结构体区分语义不同的数据类型（如 UserId(u64) 和 OrderId(u64)）。
3. 构建模式：通过构造函数（如 User::new()）封装实例化逻辑。

下一章将涵盖结构体方法（impl 块）和关联函数，进一步扩展结构体的行为建模能力。

5.6 应用示例

struct User {username: String,email: String,sign_in_count: u64,active: bool,
}fn main() {let user1 = User {email: String::from("someone@example.com"),username: String::from("someusername123"),active: true,sign_in_count: 1,};println!("User 1: {} ({})", user1.username, user1.email);println!("Active: {}, Sign-in count: {}", user1.active, user1.sign_in_count);
}

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代码示例均通过 Rust 1.78 编译测试。深入实践可参考 The Rust Book 。