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2026-10-16
1007
3.9m

第 5 章：使用结构体组织相关数据 ​

本章目标：用结构体建模领域数据，并用方法和关联函数定义类型行为。

定义与创建结构体 ​

结构体把多个相关字段组合成一个有意义的类型。字段可具有不同类型：

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

fn main() {
    let mut user = User {
        name: String::from("Lin"),
        email: String::from("lin@example.com"),
        active: true,
        sign_in_count: 1,
    };
    user.sign_in_count += 1;
    println!("{}: {}", user.name, user.sign_in_count);
}

字段可变性属于整个实例，因此修改字段时实例绑定要声明为 mut。结构体更新语法可从旧实例复制未显式指定的字段；若字段拥有非 Copy 值，旧实例相应字段可能被移动。

元组结构体适用于需要独立类型但字段含义简单的场景。单元结构体没有字段，可用于实现 Trait 等用途。

结构体更新语法 ..old_user 可复用旧实例中未显式赋值的字段。它会按字段类型移动或复制值；如果非 Copy 字段被移动，旧实例不能再整体使用。构造时也可以用字段简写 User { name, email, .. }，前提是局部变量与字段同名。

使用结构体编写示例程序 ​

用元组表示矩形时，调用端要记住哪个位置代表宽和高；结构体给字段命名后，程序更容易读，也便于把相关操作放在一起：

rust
#[derive(Debug)]
struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}

fn area(rectangle: &Rectangle) -> u32 {
    rectangle.width * rectangle.height
}

fn main() {
    let rectangle = Rectangle { width: 30, height: 50 };
    println!("{rectangle:#?} 的面积是 {}", area(&rectangle));
}

函数借用矩形而不是取得所有权，所以调用后仍可使用实例。Debug 派生让示例能够打印结构体；实际领域类型还应考虑字段是否需要对外公开，以及哪些构造方式应由函数约束。

方法 ​

在 impl 块中定义与类型相关的函数。第一个参数为 &self 的函数是方法；它借用实例。方法也可使用 &mut self 修改实例，或用 self 消耗实例。

rust
struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}

impl Rectangle {
    fn area(&self) -> u32 {
        self.width * self.height
    }

    fn can_hold(&self, other: &Rectangle) -> bool {
        self.width >= other.width && self.height >= other.height
    }

    fn square(size: u32) -> Self {
        Self { width: size, height: size }
    }
}

area 和 can_hold 是方法，通过实例调用；square 不接收 self，属于关联函数，常用于构造值。Self 指当前 impl 对应的类型。

rust
let larger = Rectangle { width: 30, height: 50 };
let smaller = Rectangle { width: 10, height: 40 };
assert!(larger.can_hold(&smaller));
assert_eq!(smaller.area(), 400);

方法调用会自动借用接收者，因此 smaller.area() 等价于以 &smaller 调用。方法签名中的 &self、&mut self 和 self 分别表达共享借用、可变借用和取得所有权。

派生调试输出 ​

开发时常用 Debug 格式查看结构体：

rust
#[derive(Debug)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    println!("{:#?}", Point { x: 3, y: 5 });
}

{:?} 和 {:#?} 要求类型实现 Debug。derive 可以自动实现常见 Trait；更复杂的显示格式可以自行实现 Display。

用 PartialEq 和 Eq 可以比较结构体，Clone 可以显式复制字段。派生 Trait 前要确认字段类型也实现该 Trait；包含浮点数的类型通常不能实现 Eq，因为 NaN 与自身比较也不相等。调试打印适合开发期检查值，面向用户的稳定格式则应实现 Display。

小结与练习 ​

  • 结构体将相关状态组织成一个类型；字段拥有各自类型和所有权语义。
  • 方法定义类型行为；关联函数不依赖某个实例，常用于构造。
  • 练习：为 Rectangle 增加 perimeter 方法和 square 关联函数，再比较两块矩形的面积。

完整练习：从两个 u32 参数创建矩形，编写 area、can_hold 和 square，为矩形派生调试格式，并用断言验证面积与包含关系。

下一章：枚举与模式匹配。

官方对应章节：Using Structs to Structure Related Data。