Rust学习笔记#2：变量声明、绑定与引用

变量声明

基础知识

Rust中的变量分局部变量和全局变量两种，且必须先声明后使用，常见的声明语法为：

// 声明局部变量，使用let关键字
let var: i32 = 100;
// 声明全局变量，使用static关键字
static GLOBAL: i32 = 0;

由于Rust非常注重内存安全，因此全局变量的使用有许多限制，我们日常使用最多的还是局部变量。与传统的C/C++语言相比，Rust的变量声明语法不同，这样设计主要有下列三种优点：

语法分析更容易：Rust的局部变量声明一定是以关键字let开头，类型一定跟在:后面，语法歧义更少，语法分析器更容易编写。
类型推导更方便：Rust的变量声明的一个重要特点是，要声明的变量前置，对它的类型描述后置。这是吸取了其他语言的教训后的结果，因为在变量声明语句中，最重要的是变量本身，类型只是附属的额外描述，并非必不可少的部分，类型可以由编译器自动推导获得，因此类型后置的语法更合适。
支持模式解构：let不仅能声明局部变量，还具有模式结构（pattern destructure）的功能，这里暂且不表。

Rust中变量声明默认是“只读”的，如果需要让变量可写，则需要使用mut关键字，mut是mutable的简写：

let x = 5;
x = 10; // x为只读变量，因此会报编译错误
let mut y = 5; // 使用mut关键字声明一个可写变量
y = 10;

Rust中变量必须被初始化后才可以使用，否则会报编译错误。因此，不被初始化的变量是没有默认值的。变量既可以在声明时初始化，也可以在使用前初始化：

let x: i32; // 声明变量x
x = 1; // 初始化变量x，不需要x是mut，因为这是初始化不是修改
println!("{}", x);

Rust中的合法标识符（包括变量名、函数名等）必须由数字、字母、下划线组成，且不能以数字开头。注意，单独的下划线是一个特殊的标识符，在编译器内部是被特殊处理的，不能作为普通变量使用，其具体用法这里暂且不表。Rust中关于变量的命名规范是蛇形命名法，使用下划线，一般用小写，即file_name。

变量遮蔽

Rust中允许在同一个代码块中声明同样名字的变量，如果这样做，后面声明的变量会将前面声明的变量遮蔽（Shadowing）起来，从而前面的变量将无法访问。例如：

let x = "hello";
println!("x is {}", x);
let x = 5;
println!("x is {}", x);

上面这种形式的代码在很多编程语言中是无法编译通过的，因为变量x被重复声明，但在Rust中是可以编译通过的：前后两个x是完全不同的两个变量，内存空间不同，类型也不同，只是恰巧名字相同。

Rust这种设计有时非常实用，例如，我们需要在同一个函数内部把一个变量转换为另一个类型的变量，但又不想给它们起不同的名字。但是，我个人认为变量遮蔽可能会带来阅读代码时的歧义，但以我现在的水平尚不能仔细分析变量遮蔽这一特性的利弊权衡，或许未来能够在RFC中找到答案。

类型推导

Rust编译器的类型推导功能很强大，不仅可以从变量声明的当前语句中获取信息进行推导，而且还能通过上下文信息进行推导。类型推导和“动态类型”是两码事，Rust仍然是静态类型的，所有变量的类型都必须在编译阶段确定，类型推导只是辅助我们不需要显示写出类型而已。

类型别名

可以使用type关键字给同一个类型起个别名，例如：

type Age = u32; // u32代表无符号的32位整数类型
let x: Age = 20;
println!("x is {}", x);

静态变量

可以用static关键字声明静态变量，这也是Rust中唯一的声明全局变量的方法：

static GLOBAL: i32 = 0;

为了保证内存安全，全局变量的使用有很多限制：

必须在声明时立即初始化
初始化必须是编译期可确定的常量
带有mut修饰的全局变量，在使用的时候必须使用unsafe关键字。

unsafe关键字用于逃过Rust编译器的检查以写一些可能存在危险的代码，当下无须深入研究。从上面第三条限制可以看出，Rust并不鼓励我们使用可变的全局变量，更希望我们把全局变量用成全局常量。注意，全局变量的声明周期是整个程序，从启动到退出。

常量

可以使用const关键字声明一个常量：

const GLOBAL: i32 = 0;

常量和静态变量最大的区别在于：编译器不一定会给常量分配内存空间，可能会在编译过程中将常量內联优化。

变量绑定

通过let关键字来创建变量，这是Rust语言从函数式语言中借鉴的语法形式。let创建的变量一般称为绑定（binding），而不是我们通常说的赋值，因为它表明了位置表达式和值表达式之间建立的一种关联关系。

Rust中的表达式可以分为位置表达式和值表达式，在其他语言中，一般称为左值和右值。

位置表达式：表示内存位置的表达式，有本地变量、静态变量、解引用、数组索引和字段引用五种。通过位置表达式可以对某个数据单元的内存进行读写。
值表达式：只引用了某个存储单元地址中的数据，相当于数据值，只能进行读操作。值表达式要么是字面量，要么是表达式求值过程中创建的临时值。

表达式的求值过程在不同的上下文中会有不同的结果，求值上下文也分位置上下文和值上下文。下面几种表达式属于位置上下文（不必看懂，知道就好）：

赋值或者复合赋值语句左侧的操作数
一元引用表达式的独立操作数
包含隐式借用的操作数
match判别式或let绑定右侧在使用ref模式匹配的时候也是位置上下文

除了上述几种情况，其余表达式都属于值上下文。一般情况下，值表达式出现在值上下文中，位置表达式出现在位置上下文中，但也存在特殊情况：

值表达式不能出现在位置上下文中，否则会报错：

// error[E0070]: invalid left-hand side of assignment "hello" = 1;
当位置表达式出现在值上下文中时，该位置表达式会把所有权转移给另外一个位置表达式。

变量引用

我们刚刚看到了一个新名词，“所有权（ownership）”，所有权代表着以下意义：

每个值在Rust中都有一个变量来管理它，这个变量就是这个值、这块内存的所有者。
每个值在一个时间点上只有一个管理者。
当变量所在的作用域结束的时候，变量以及它代表的值将会被销毁。

当位置表达式出现在值上下文中时，这种所有权转移在Rust中称为移动语义。但在日常开发中，有时候并不需要转移所有权，Rust提供了引用操作符&，可以直接获得位置表达式的内存地址，并通过该地址进行读写操作，解引用使用*操作符。下面看一个引用和解引用的示例：

let x = 32;
let y = &x;
assert_eq!(32, *y);

在上面的代码中，32这个值的所有权归变量x所有，变量y中存储的是其地址，最后通过解引用操作符*将引用y中的值取出来，以供assert_eq!宏使用，因为变量x仍旧保留它们的所有权，所以引用也被称为借用。

生命周期是Rust的核心概念，而所有权、借用等概念又和生命周期息息相关，但目前先不去深入了解它，待把基础语法掌握后，再去学习Rust的精髓，方能事半功倍。

参考文献

《Rust编程之道》张汉东
《深入浅出Rust》范长春