Rust 的枚举与模式：灵活又安全的工具
一、Rust 枚举
（一）枚举的定义
枚举允许自定义类型，取值范围只能取自预定义的命名常量的集合。
枚举就像是一个集合，其中的每个成员都是这个集合的一个特定值。
枚举适用于一个值有多种可能的情况。但必须使用模式匹配来安全地访问数据。
例如，一个Color 的类型，取值范围为Red、Orange、Yellow 等等。
enum Color {
Red,
Orange,
Yellow,
}
在内存中，枚举值被存储为整数。可以为枚举值指定数值，否则，Rust 会从0 开始自动分配值。
enum HttpStatus {
Ok = 200,
NotModified = 304,
NotFound = 404,
...
}
默认情况下，Rust 使用能容纳所有值的最小的内建整数类型来存储枚举。大多数情况下都是一个单独的字节，
将枚举转换为整数是允许的：
assert_eq!(HttpStatus::Ok as i32, 200);
然而，反过来把整数转换为枚举是不允许的。
枚举也和结构体一样可以拥有方法：
impl TimeUnit {
/// 返回该时间单位的复数名词。
fn plural(self) -> &'static str {
match self {
TimeUnit::Seconds => "seconds",
TimeUnit::Minutes => "minutes",
TimeUnit::Hours => "hours",
TimeUnit::Days => "days",
TimeUnit::Months => "months",
TimeUnit::Years => "years",
}
}
/// 返回该时间单位的单数名词。
fn singular(self) -> &'static str {
self.plural().trim_end_matches('s')
}
}
（二）枚举的赋值与取值
枚举的赋值非常直观，比如let red = Color::Red；就是将枚举值Red赋给变量red。
取值可以通过直接打印，如println!("{:?}", red);，也可以通过match语句来根据不同的枚举值执行不同的操作。
match some_enum_value {
EnumVariant1 => // do something for EnumVariant1,
EnumVariant2 => // do something for EnumVariant2,
_ => // handle other cases if needed.
}
（三）带有关联数据的枚举
带有关联数据的枚举可以让我们在枚举成员中关联特定的数据类型。
比如Message枚举类型，其中Move成员与一个包含x和y坐标的结构体关联，Write成员与一个字符串关联，ChangeColor成员与三个整数关联。通过模式匹配，我们可以方便地访问这些关联数据。例如：
enum Message {
Quit,
Move {
x: i32,
y: i32
},
Write(String),
ChangeColor(u8, u8, u8),
}
fn process_message(message: Message) {
match message {
Message::Quit => println!("Quit"),
Message::Move { x, y } => println!("Move to ({}, {})", x, y),
Message::Write(text) => println!("Write: {}", text),
Message::ChangeColor(r, g, b) => println!("Change color to RGB({}, {}, {})", r, g, b),
}
}
Rust 有三种枚举值，没有数据的对应类单元结构体。元组的对应类元组结构体。结构体的对应有花括
号和命名字段的结构体。一个枚举可以同时有这三种值：
enum RelationshipStatus {
Single,
InARelationship,
ItsComplicated(Option<String>),
ItsExtremelyComplicated {
car: DifferentialEquation,
cdr: EarlyModernistPoem,
},
}
（四）使用 Option 枚举处理空值
Option枚举是 Rust 中用于处理可能为空的值的强大工具。在除法函数中，如果除数为 0，则返回None，否则返回Some并包含除法运算的结果。例如：
fn divide(dividend: f64, divisor: f64) -> Option<f64> {
if divisor == 0.0 {
None
} else {
Some(dividend / divisor)
}
}
（五）泛型枚举
枚举可以使用泛型，最典型的就是经常在标准库使用的Option和Result。泛型枚举的语法和泛型结构体的语法完全一致。
enum Option<T> {
None,
Some(T),
}
enum Result<T, E> {
Ok(T),
Err(E),
}
以下用几行代码定义了一个可以存储任意数量的T 类型值的BinaryTree 类型：
// 一个`T`类型的有序集合
enum BinaryTree<T> {
Empty,
NonEmpty(Box<TreeNode<T>>),
}
// 二叉树的一部分
struct TreeNode<T> {
element: T,
left: BinaryTree<T>,
right: BinaryTree<T>,
}
二、Rust 模式
（一）模式的定义与使用场景
模式在 Rust 中是一种特殊的语法，主要用来匹配类型中的结构，无论类型是简单还是复杂。结合使用模式和 match 表达式以及其他结构可以提供更多对程序控制流的支配权。模式在 Rust 中有广泛的应用场景，包括 let、if let、while let、for循环、函数参数和 match等场景。
如果想要访问枚举里面的数据，是不允许直接访问的，比如 let a = Some(1)；是一个Option的枚举，但是不能直接使用a.0来访问里面的数据1，因为Option类型有可能是None，所以就需要使用模式匹配。
let a = Some(1);
match a {
Some(b) => println!("{}}", b),
_ => println!("None")
}
（二）模式的种类
1. 字面量、变量、通配符模式：
字面量是诸如整数、浮点数、字符、字符串、布尔值等。它们可以直接作为模式，例如：
let a = 1;
match a {
1 => println!("a is 1"),
2 => println!("a is 2"),
n => println!("a is other"),
}
如果需要一个匹配所有值的模式，但又不关心匹配到的值，你可以使用单个下划线_ 作为模式，也就是通配模式：
let a = 2;
match a {
1..=5 => println!("a is bigger than 1 and smaller than 5"),
_ => println!("other"),
}
let b = 'd';
match b {
'a'..='z' => println!("a is bigger than a and smaller than z"),
_ => println!("other"),
}
2. 结构体或元组模式：
常用于复杂数据类型，匹配数据的多个部分
struct Point(f32, f32);
let a = Point(1.2, 3.4);
match a {
Point(1.2, y) => {},
Point(x, y) => {},
}
struct Point3d {
x: f32,
y: f32,
z: f32,
}
let b = Point3d {
x: 1,
y: 2,
z: 3,
};
match b {
Point3d { x: 1, y: 2, .. } => {},
_ => {}
}
3. 数组或切片模式：
数组模式匹配数组,通常用来过滤出某些特殊值：
let hsl = [12, 211, 3]
match hsl {
[_, _, 0] => [0, 0, 0],
[_, _, 255] => [255, 255, 255],
...,
_ => {}
}
切片模式与数组类似，但不同的是，切片的长度可以变化，切片模式中的.. 匹配任意数量的元素：
let names = &["a", "b", "c"];
match names {
[] => { println!("Hello, nobody.") },
[a] => { println!("Hello, {}.", a) },
[a, b] => { println!("Hello, {} and {}.", a, b) },
[a, .., b] => { println!("Hello, everyone from {} to {}.", a, b) }
}
4. 引用模式：
Rust 模式支持两种和引用有关的特性。ref 模式会借用被匹配的值，& 模式匹配引用：
struct Account {
name: String,
language: String,
gender: String,
}
let account = Account {
name: "tom".to_string(),
language: "Chinese".to_string(),
gender: "man".to_string(),
};
// 如果不加 ref ，编译报错，提示会出现所有权转移
match account {
Account { ref name, ref language, .. } => {
greet(name, language);
show_settings(&account); // ok
}，
_ => {},
}
& 模式,一个以&开始的模式只能匹配引用：
struct Point3d {
x: f32,
y: f32,
z: f32,
}
let b = Point3d {
x: 1,
y: 2,
z: 3,
};
let a = &b;
match a {
&Point3d { x, y, z } => {},
_ => {}
}
let c = Some("c");
match c {
Some(&d) => {},
_ => {}
}
// ref与&一起使用
struct Engine {
width: f32,
height: f32,
type: String,
}
struct Wheel {
circle: f32,
color: String,
}
struct Car {
engine: Engine,
wheel: Wheel,
}
let car = Car {
engine: Engine {
width: 100,
height: 200,
type: "f4".to_string(),
},
wheel: Wheel {
circle: 50,
color: "black".to_string(),
},
}
let borrow_car = Some(&car);
match borrow_car {
// Some(&Car { engine, .. }) error: can't move out of borrow
Some(&Car { ref engine, .. }) => {},
...
None => {}
}
5. 匹配守卫：
有时一个匹配分支还需要附加条件才能满足，可以在分支模式后添加条件：
let x = 4;
let y = false;
match x {
4 if y => println!("yes"),
n => println!("{}", n),
_ => println!("no"),
}
6. 匹配多个模式：
使用 | 语法。例如：
let x = 4;
let y = false;
match x {
4 | 5 => println!("yes"),
_ => println!("no"),
}
let next_char = 'a';
// Rust（目前）不允许在模式中使用尾开区间,例如0..100。
match next_char {
'0'..='9' => self.read_number(),
'a'..='z' | 'A'..='Z' => self.read_word(),
' ' | '\t' | '\n' => self.skip_whitespace(),
_ => self.handle_punctuation(),
}
7. 绑定和@模式：
x @ pattern 用给定的pattern 来匹配，匹配成功时它会创建单个变量x ，并把整个值移动或拷贝进去，而不是为匹配值的每一部分创建一个变量。
struct Point3d {
x: f32,
y: f32,
z: f32,
}
let a = Point3d {
x: 1,
y: 2,
z: 3,
};
match a {
Point3d { x, y, z } => {
some_fn(&Point3d { x, y, z});
},
_ => {}
}
// 绑定和@模式
match a {
b @ Point3d { x, y, z } => {
some_fn(&b);
},
_ => {}
}
// 与范围一起
let x = 1u32;
match x {
e @ 1..=5 | e @ 10..=15 => println!("get:{}", e),
_ => (),
}