【Rust】结构体示例与调试

目录

思维导图

1. 引言

2. 初始程序示例

3. 使用元组重构

4. 使用结构体重构

5. 调试与输出

6. 进一步的功能扩展

思维导图

1. 引言

• 本文通过一个计算矩形面积的程序，展示了如何从简单变量逐步重构到使用结构体，以提高代码的清晰度和可管理性。结构体是Rust中组织复杂数据的重要工具，能够显著提升代码的可读性和可维护性。

2. 初始程序示例

• 基本实现：
  • 使用单独的变量定义矩形的宽度和高度，并通过area函数计算面积。
  • 示例代码：

    fn main() {
        let width1 = 30;
        let height1 = 50;
        println!(
            "The area of the rectangle is {} square pixels.",
            area(width1, height1)
        );
    }
    fn area(width: u32, height: u32) -> u32 {
        width * height
    }
    

  • 输出结果：程序运行后成功计算出矩形的面积为1500像素。
  • 问题：宽度和高度作为独立的变量传递，缺乏语义关联。

3. 使用元组重构

• 问题识别：
  • 原始代码在area函数中使用两个参数，缺乏参数之间的关联性，导致可读性差。
• 重构为元组：
  • 使用元组将宽度和高度组合为一个参数，增强数据的关联性。
  • 示例代码：

    fn main() {
        let rect1 = (30, 50);
        println!(
            "The area of the rectangle is {} square pixels.",
            area(rect1)
        );
    }
    fn area(rect_tuple: (u32, u32)) -> u32 {
        rect_tuple.0 * rect_tuple.1
    }
    

  • 优缺点：
    • 优点：传递单个参数，稍微增加了结构。
    • 缺点：元组元素没有命名，导致代码可读性降低，容易引入错误。

4. 使用结构体重构

• 引入结构体：
  • 通过定义结构体为矩形增加语义，明确宽度和高度的关系。
  • 示例代码：

    struct Rectangle {
        width: u32,
        height: u32,
    }
    fn main() {
        let rect1 = Rectangle {
            width: 30,
            height: 50,
        };
        println!(
            "The area of the rectangle is {} square pixels.",
            area(&rect1)
        );
    }
    fn area(rectangle: &Rectangle) -> u32 {
        rectangle.width * rectangle.height
    }
    

  • 优势：
    • 通过命名字段，代码更加清晰，易于理解。
    • area函数只需一个参数，且明确表示该参数是一个矩形实例。

    • 结构体提供了更强的类型安全性，避免了参数顺序错误等问题。

5. 调试与输出

• 实现调试输出：
  • 默认情况下，结构体无法直接使用println!输出，需要实现Debug特征。
  • 通过#[derive(Debug)]注解自动实现Debug特征，使结构体可以格式化输出。
  • 示例代码：

    #[derive(Debug)]
    struct Rectangle {
        width: u32,
        height: u32,
    }
    fn main() {
        let rect1 = Rectangle {
            width: 30,
            height: 50,
        };
        println!("rect1 is {:?}",rect1);
    }
    

  • 输出结果：程序成功输出矩形的所有字段值，帮助调试。

6. 进一步的功能扩展

• 使用dbg!宏：
  • dbg!宏可以帮助开发者在调试过程中查看变量的值及其所在行号。
  • 示例代码：

    #[derive(Debug)]
    struct Rectangle {
        width: u32,
        height: u32,
    }
    fn main() {
        let scale = 2;
        let rect1 = Rectangle {
            width: dbg!(30 * scale),
            height: 50,
        };
        dbg!(&rect1);
    }

  • 输出结果：输出了计算过程中的中间值和最终的结构体值。
  • 示例输出：

    [src/main.rs:6] 30 * scale = 60
    [src/main.rs:9] &rect1 = Rectangle {
        width: 60,
        height: 50,
    }