Rust 作為一種系統(tǒng)級(jí)編程語(yǔ)言， 與C/C++語(yǔ)言一樣，它們都有非常高效的內(nèi)存讀寫操作，因此三者都非常適合資源有限的嵌入式平臺(tái)的開發(fā)。 在很多編程語(yǔ)言中都有結(jié)構(gòu)體這個(gè)概念，常常用于面向?qū)ο箝_發(fā)， 提高代碼內(nèi)聚， 降低耦合。Rust的結(jié)構(gòu)體與C的結(jié)構(gòu)體有非常多的相似之處，甚至可以使用#[repor(C)]屬性， 直接與C/C++的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行互操作。讓 Rust 調(diào)用 C 庫(kù)使用方法和 C 與 C++ 代碼互相調(diào)用一樣簡(jiǎn)單。但 Rust 的結(jié)構(gòu)題體與 C 的結(jié)構(gòu)體也有非常多的不同之處，有更多的特性，用于簡(jiǎn)化編程，簡(jiǎn)化抽象邏輯。

定義方法

Rust 結(jié)構(gòu)體的預(yù)定義關(guān)鍵字與 C 一樣，都使用 struct 關(guān)鍵字開頭。但Rust 定義的后面通常無(wú)需添加分號(hào);，除非結(jié)構(gòu)體為空。各子屬性的后面使用逗號(hào)分隔。 Rust 的結(jié)構(gòu)體定義方法如下

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

// 空結(jié)構(gòu)體定義方法
struct EmptyStruct;

構(gòu)造與初始化

Rust 的結(jié)構(gòu)體沒有要求必須有構(gòu)造函數(shù)，但可以通過(guò)關(guān)聯(lián)函數(shù)（如 new）初始化：

#[derive(Default)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}
impl Point {
    pubfn new(x: i32, y: i32) -> Point {
        Point { x, y }  // 等價(jià)于 Point { x: x, y: y }
    }

    pubfn Point(point: Point) -> Point {
        Point {
            x: point.x,
            ..point  // 等價(jià)于 Point { x: point.x, y: point.y }
        }
    }
}

需要注意的是，Rust 的字段必須都初始化后才能使用，否則編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)，來(lái)保證字段的安全性?？墒褂?nbsp;#[derive(Default)] 注解來(lái)為結(jié)構(gòu)體添加默認(rèn)值。

內(nèi)部字段的訪問(wèn)

Rust 的結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部字段可使用可見性修飾符，用于控制字段的訪問(wèn)權(quán)限。Rust 的結(jié)構(gòu)體支持以下可見性修飾符：

•  : 默認(rèn)可見性，字段只能在當(dāng)前模塊內(nèi)訪問(wèn)。
• pub：公共可見性，字段可以被外部訪問(wèn)。
• pub(crate)：當(dāng)前 crate 內(nèi)可見，字段可以被當(dāng)前 crate 內(nèi)的代碼訪問(wèn)。
• pub(super)：父級(jí)模塊可見，字段可以被父級(jí)模塊內(nèi)的代碼訪問(wèn)。

內(nèi)存排列

Rust 的結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存排列與 C 結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存排列不同。Rust 的結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存排列是按照字段的定義順序進(jìn)行排列的，而 C 結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存排列是按照字段的聲明順序進(jìn)行排列的。 Rust 的結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存排列如下：

struct Display {
    x: i32,
    width: u8,
    y: i32,
    height: u8,
}

以上代碼在編譯后的內(nèi)存順序可能自動(dòng)調(diào)整為：

struct Display {
    x: i32,       // offset 0, size 4
    y: i32,       // offset 4, size 4
    width: u8,    // offset 8, size 1
    height: u8,   // offset 9, size 1
}

如果需要保持字段的內(nèi)存順序與C語(yǔ)言一致，可以使用#[repr(C)]屬性，這樣就可以保持字段的內(nèi)存順序與C語(yǔ)言一致, 在與C交互時(shí)則會(huì)完全兼容。 如下：

#[repr(C)]
struct Display {
    x: i32,       // offset 0, size 4
    width: u8,    // offset 4, size 1
    y: i32,       // offset 8, size 4
    height: u8,   // offset 12, size 1
}

方法

Rust 的支持為結(jié)構(gòu)體定義方法，方法與函數(shù)的定義類似，只是方法定義在結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部。方法的定義格式如下：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}
impl Point {
    fn distance(&self, other: &Point) -> f64 {
        let dx = self.x - other.x;
        let dy = self.y - other.y;
        (dx * dx + dy * dy) asf64
    }

    pubfn new(x: i32, y: i32) -> Point {
        Point { x, y }
    }

    pub(crate) fn get_x(&self) -> i32 {
        self.x
    }
    pub(super) fn get_y(&self) -> i32 {
        self.y
    }
}

如上所示，使用 impl 關(guān)鍵字定義結(jié)構(gòu)體的方法，

• 內(nèi)部的第一個(gè)參數(shù)如果為 self，表示當(dāng)前結(jié)構(gòu)體的實(shí)例中可使用， 當(dāng)所有權(quán)會(huì)被移動(dòng)。
• 如果方法的第一個(gè)參數(shù)的類型為 &self，表示當(dāng)前結(jié)構(gòu)體的實(shí)例的引用，結(jié)構(gòu)體變量所有權(quán)不會(huì)移動(dòng)，無(wú)法修改內(nèi)部屬性的值。
• 方法的第一個(gè)參數(shù)的類型為 &mut self，表示當(dāng)前結(jié)構(gòu)體的實(shí)例的可變引用，當(dāng)前函數(shù)可修改內(nèi)部屬性的值。
• 如果函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)非 self、 &self、 &mut self，則表示當(dāng)前函數(shù)為靜態(tài)方法， 可直接通過(guò)結(jié)構(gòu)體名調(diào)用。

Rust 也能使用 impl trait_name for struct_name 來(lái)為結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn) trait， 如下：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}
impl Display for Point {
    fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
        write!(f, "({},{})", self.x, self.y)
    }
}

以上代碼定義了一個(gè) Point 結(jié)構(gòu)體，并為其實(shí)現(xiàn)了 Display trait， 這樣就可以使用 println! 宏來(lái)打印 Point 結(jié)構(gòu)體的實(shí)例。

let p = Point { x: 1, y: 2 };   
// 代碼會(huì)輸出 `(1,2)`。
println!("{}", p);

所有權(quán)與生命周期

Rust 的結(jié)構(gòu)體可以包含引用（&T 或 &mut T），但必須指定生命周期：

struct Bar<'a> {
    data: &'a str, // 必須標(biāo)注生命周期
}

范型化

Rust 的結(jié)構(gòu)體支持模板化， 可以使用泛型來(lái)定義結(jié)構(gòu)體， 如下：

struct Point {
    x: T,
    y: T,
}

以上代碼定義了一個(gè) Point 結(jié)構(gòu)體， 其中 x 和 y 都是泛型類型 T， 可以是任意類型。這樣就可以使用 Point 結(jié)構(gòu)體來(lái)表示任意類型的點(diǎn), 適應(yīng)不同的場(chǎng)景。

let p = Point { x: 1, y: 2 };
let p = Point { x: 1.0, y: 2.0 };

模式匹配

Rust 的結(jié)構(gòu)體支持模式匹配， 可以使用模式匹配來(lái)解構(gòu)結(jié)構(gòu)體， 如下：

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}
fn main() {
    let p = Point { x: 1, y: 2 };
    match p {
        Point { x, y } => println!("x={}, y={}", x, y),
        _ => println!("other"),
    }
}

以上代碼定義了一個(gè) Point 結(jié)構(gòu)體， 并在 main 函數(shù)中使用模式匹配來(lái)解構(gòu) Point 結(jié)構(gòu)體的實(shí)例， 解構(gòu)后可以使用 x 和 y 變量來(lái)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部屬性。

析構(gòu)函數(shù)

Rust 的結(jié)構(gòu)體都有析構(gòu)函數(shù)， 析構(gòu)函數(shù)在結(jié)構(gòu)體被釋放時(shí)自動(dòng)調(diào)用， 可以用于釋放資源， 如下：

struct Foo {
    data: Vec,
}
impl Drop for Foo {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Foo is dropped");
    }
}

結(jié)構(gòu)體變量在釋放時(shí)默認(rèn)會(huì)為內(nèi)部的字段執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，避免內(nèi)存泄漏，保證內(nèi)存安全。

總結(jié)

Rust 的結(jié)構(gòu)體與 C 的結(jié)構(gòu)體有非常多的不同之處， 但 Rust 的結(jié)構(gòu)體也有非常多的優(yōu)點(diǎn)，用于提高內(nèi)存安全和簡(jiǎn)化編程， 如：

• 支持范型化， 可以使用泛型來(lái)定義不同屬性類型的結(jié)構(gòu)體
• 支持模式匹配， 可以使用模式匹配來(lái)解構(gòu)結(jié)構(gòu)體
• 支持析構(gòu)函數(shù)， 可以使用析構(gòu)函數(shù)來(lái)釋放資源
• 支持生命周期， 可以使用生命周期來(lái)指定結(jié)構(gòu)體的引用的生命周期
• 支持引用， 可以使用引用來(lái)指向結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部屬性
• 支持方法， 可以使用方法來(lái)定義結(jié)構(gòu)體的行為
• 支持可見性修飾符， 可以使用可見性修飾符來(lái)控制字段的訪問(wèn)權(quán)限
• 支持內(nèi)存排列， 可以使用內(nèi)存排列來(lái)指定結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存布局
• 支持構(gòu)造函數(shù)， 可以使用構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化結(jié)構(gòu)體的實(shí)例
• 支持靜態(tài)方法， 可以使用靜態(tài)方法來(lái)定義結(jié)構(gòu)體的行為
• 支持兼容C, 可以使用 #[repr(C)] 屬性來(lái)與C語(yǔ)言交互， 適應(yīng)多語(yǔ)言編程