Rust集合：Vec、String、HashMap

这是Rust基础系列的第9篇文章。与在编译期大小固定的内置数组和元组不同，集合指向在堆上分配的数据，可以在运行时动态伸缩。

graph TD
    subgraph Collections["Rust Standard Collections"]
        Vec["Vec&lt;T&gt;<br/>Dynamically sized ordered list"]
        String["String<br/>UTF-8 encoded bytes wrapper"]
        HashMap["HashMap&lt;K, V&gt;<br/>Key-Value lookup table"]
    end

    subgraph Memory["Memory Layout"]
        Stack["Stack: Pointer + Capacity + Length"]
        Heap["Heap: Dynamic buffer allocation"]
    end

    Vec --> Stack
    String --> Stack
    HashMap --> Stack
    Stack -->|points to| Heap

动态数组 (`Vec<T>`)#

动态数组在内存中连续存储多个相同类型的值：

graph LR
    subgraph StackMem["Stack Memory"]
        V["vec"]
        V_ptr["ptr"]
        V_cap["cap: 4"]
        V_len["len: 3"]
    end

    subgraph HeapMem["Heap Memory"]
        H0["[0]: 10"]
        H1["[1]: 20"]
        H2["[2]: 30"]
        H3["[3]: Unallocated"]
    end

    V_ptr --> H0
    H0 --- H1 --- H2 --- H3

fn main() {
    let mut v: Vec<i32> = Vec::new();
    v.push(10);
    v.push(20);
    v.push(30);

    // 使用 vec! 宏
    let v2 = vec![1, 2, 3];

    // 使用 get() 安全访问元素
    match v.get(1) {
        Some(third) => println!("第二个元素是 {third}"),
        None => println!("不存在第二个元素。"),
    }

    // 遍历元素
    for i in &v {
        println!("{i}");
    }
}

rust

UTF-8 字符串 (`String`)#

在Rust中，String 是对 Vec<u8> 的包装，并保证其为合法的 UTF-8 文本：

graph LR
    subgraph StackFrame["Stack Frame"]
        S["s (String)"]
        S_ptr["ptr"]
        S_cap["cap: 7"]
        S_len["len: 7"]
    end

    subgraph HeapBuffer["Heap Buffer"]
        B0["'f' (102)"]
        B1["'o' (111)"]
        B2["'o' (111)"]
        B3["'b' (98)"]
        B4["'a' (97)"]
        B5["'r' (114)"]
        B6["'!' (33)"]
    end

    S_ptr --> B0
    B0 --- B1 --- B2 --- B3 --- B4 --- B5 --- B6

let mut s = String::from("foo");
s.push_str("bar");
s.push('!');

// 使用 + 或 format! 拼接字符串
let s1 = String::from("Hello, ");
let s2 = String::from("world!");
let s3 = format!("{s1}{s2}"); // format! 不会获取 s1, s2 的所有权

rust

由于 UTF-8 字符的字节长度各不相同（1 到 4 字节），为了防止返回无效的字符字节，Rust 不支持直接索引如 s[0]。请改用字符串切片 &s[0..4] 或使用 .chars() 进行迭代。

哈希映射 (`HashMap<K, V>`)#

哈希映射通过哈希函数将类型为 K 的键映射到类型为 V 的值：

graph LR
    subgraph HashFunc["Hash Function"]
        K1["Key: 'Blue'"] --> H1["Hash('Blue')"]
        K2["Key: 'Yellow'"] --> H2["Hash('Yellow')"]
    end

    subgraph BucketArray["Bucket Array on Heap"]
        H1 --> B1["Bucket 2: ('Blue', 10)"]
        H2 --> B2["Bucket 5: ('Yellow', 50)"]
    end

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    scores.insert(String::from("Blue"), 10);
    scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

    // 访问值
    let team_name = String::from("Blue");
    let score = scores.get(&team_name).copied().unwrap_or(0);
    println!("Blue队得分：{score}");

    // 使用 entry API 仅在键不存在时插入
    scores.entry(String::from("Blue")).or_insert(25);
    scores.entry(String::from("Red")).or_insert(100);

    for (key, value) in &scores {
        println!("{key}: {value}");
    }
}

rust

总结#

Vector 用于存储有序元素列表，String 用于安全管理堆分配的 UTF-8 文本，HashMap 用于管理键值关联。本系列的下一篇文章将探讨“错误处理”。

动态数组 (Vec<T>)#

UTF-8 字符串 (String)#

哈希映射 (HashMap<K, V>)#

总结#

参考资料#

动态数组 (`Vec<T>`)#

UTF-8 字符串 (`String`)#

哈希映射 (`HashMap<K, V>`)#