30天拿下Rust之切片

概述

在Rust中，切片是一种非常重要的引用类型。它允许你安全地引用一段连续内存中的数据，而不需要拥有这些数据的所有权。切片不包含分配的内存空间，它仅仅是一个指向数据开始位置和长度的数据结构。切片是对数组的一个连续引用，它提供了一种方便、高效的方式来操作数组的一部分。切片本身并不拥有数据，它只是原始数组的一个视图，因此创建切片通常是一个低开销的操作。

切片的声明

在Rust中，切片的声明格式如下。
let slice_name: [T; n] = &array[start..end];
下面，我们详细介绍切片声明中的各个元素。
slice_name：切片变量取的名字。
[T; n]：是一个泛型，表示一个包含n个类型为T的元素的切片。但在实际声明中，通常不需要指定n，因为Rust会根据初始化的数据自动推断出长度。
&array[start..end]：创建一个从array中的start索引到end索引（但不包含 end 索引）的切片。start和end是范围操作符..的参数，用于定义切片的开始位置和结束位置（但不包括结束位置）。注意：start索引可以不写，不写时默认为0；end索引也可以不写，不写时默认为array的最后一个元素的索引。
在下面的示例代码中，我们使用数组的切片操作创建了slice切片，Rust会自动推断出slice切片的类型为：&[i32]。

fn main() {
    let array = [1, 2, 3, 4, 5];
    // 创建一个从索引1到索引4（不包含4）的切片
    let slice = &array[1..4];
    assert_eq!(slice, &[2, 3, 4]);
}

如果我们要声明一个可变切片，可以使用mut关键字。在下面的示例代码中，&mut表示对原始数组的一个可变引用，这意味着你可以通过这个切片修改原始数组的内容。

fn main() {
    let mut array = [1, 2, 3, 4, 5];
    // 可变切片
    let mutable_slice = &mut array[1..4];
    // 输出：[2, 3, 4]
    println!("{:?}", mutable_slice);
}

如果我们要声明一个空的切片，可以使用空数组字面量来初始化。在下面的示例代码中，empty_slice是一个空的i32类型切片。注意：我们在这里显式指定了切片的类型，因为空切片本身不包含足够的信息来自动推断类型。

fn main() {
    let empty_slice: &[i32] = &[];
    // 输出：[]
    println!("{:?}", empty_slice);
}

切片的使用

1、获取切片的长度，可以使用len()方法。

fn main() {
    let text = "Hello, HOPE";
    let word = &text[0..5];
    let len: usize = word.len();
    // 输出: 5
    println!("{}", len);
}

2、切片可以通过索引来访问其内部元素。切片的索引遵循与数组相同的规则：从0开始，并且是基于半开区间[start, end)的原则，即：包含起始索引，但不包含结束索引。

fn main() {
    let numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
    let slice: &[i32] = &numbers[2..];
    // 输出：3
    println!("{}", slice[0]);

    let mut mut_numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
    let mut_slice: &mut [i32] = &mut mut_numbers[1..];
    // 修改切片中的元素
    mut_slice[0] *= 10;
    // 原始数组会被修改，输出：20
    println!("{}", mut_numbers[1]);
}

注意：索引操作不会进行越界检查，如果尝试访问超出切片范围的索引，将导致运行时错误。为了安全地访问切片元素，可以使用get()方法。

fn main() {
    let numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
    let slice: &[i32] = &numbers[2..];
    // 安全访问切片元素
    if let Some(value) = slice.get(1) {
        // 输出：element is: 4
        println!("element is: {}", value);
    } else {
        println!("out of bounds");
    }
}

3、切片可以通过迭代器来进行遍历。我们可以使用for循环配合.iter()方法来迭代不可变切片中的元素，或者使用.iter_mut()方法来迭代可变切片中的元素。

fn main() {
    let numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
    let slice: &[i32] = &numbers[2..];
    // 输出：3 4 5
    for number in slice.iter() {
        println!("{}", number);
    }

    let mut mut_numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
    let mut_slice: &mut [i32] = &mut mut_numbers[..];
    // 修改切片中的元素
    for number in mut_slice.iter_mut() {
        *number *= 10;
    }

    // 输出：[10, 20, 30, 40, 50]
    println!("{:?}", mut_numbers);
}

4、字符串切片（&str）可以通过chars()方法来迭代其中的Unicode字符。这是因为：Rust中的字符串是UTF-8编码的，而一个Unicode字符可能由1到4个字节组成。chars()方法会返回一个实现了Iterator trait的结构体，每次迭代都会返回一个char类型的值。

fn main() {
    let slice = "Hello, 霸都";
    for c in slice.chars() {
        println!("{}", c);
    }
}

另外，字符串切片还包括非常多实用的方法。
is_empty()：检查字符串切片是否为空。
bytes()：返回一个迭代器，可以遍历字符串字节。
starts_with(&prefix)、ends_with(&suffix)：检查字符串切片是否以指定前缀或后缀开始/结束。
find(subslice)：查找子字符串，并返回其索引（如果存在）；否则，返回None。
contains(char) 、contains(&str)：检查字符串切片中是否存在指定字符或子字符串。
split(char)、split_whitespace()：根据指定分隔符创建迭代器，每次迭代返回一个新字符串切片。
trim()、trim_start()、trim_end()：移除字符串切片开头、结尾处的空白字符。
to_lowercase()、to_uppercase()：转换为小写或大写字母形式。
这些方法具体如何使用，可参考下面的示例代码。

fn main() {
    let slice: &str = "";
    assert!(slice.is_empty());

    for c in "Hello, 中国".chars() {
        println!("{}", c);
    }

    for byte in "hello, 中国".bytes() {
        println!("{}", byte);
    }

    let slice: &str = "Hello, HOPE";
    assert!(slice.starts_with("Hello"));
    assert!(slice.ends_with("HOPE"));

    let index = "Hello, HOPE".find(",");
    assert_eq!(index, Some(5));

    let contains1 = "Hello, HOPE".contains("Hello");
    let contains2 = "Hello, HOPE".contains('D');
    assert!(contains1 && contains2);

    // 输出：Hello和HOPE
    for word in "Hello, HOPE".split(',') {
        println!("{}", word.trim());
    }

    let trimmed = "   Hello, HOPE   ".trim();
    assert_eq!(trimmed, "Hello, HOPE");

    let lowercased = "Hello, HOPE".to_lowercase();
    assert_eq!(lowercased, "hello, HOPE");
}

总结

最后，我们来总结一下切片的特性，主要有以下几点。
1、引用类型：切片是一种引用类型，它允许我们以引用的方式访问连续内存的数据。
2、没有所有权：切片本身并不拥有数据，而是对数据的一种引用或视图。这意味着切片不会复制数据，而是直接引用原始数据，没有拷贝数据的额外开销。
3、连续内存：切片引用的是一段连续的内存分配，而不是整个集合。这使得切片能够安全、高效地访问数组，而无需复制数据。
4、可变与不可变：切片可以是可变的，也可以是不可变的，这取决于它们所引用的数据的可变性。可变切片允许修改引用的数据，而不可变切片则不允许。
5、索引与迭代：切片可以使用数字索引来访问其中的元素，索引从0开始计数。此外，切片还支持迭代，可以使用迭代器来遍历切片中的元素。

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