match控制流构造
match 控制流构造
Rust有一个非常强大的控制流构造，称为 match，它允许您将一个值与一系列模式进行比较，然后根据匹配的模式执行代码。模式可以由字面值、变量名、通配符和许多其他内容组成；第18章介绍了所有不同类型的模式及其功能。match 的强大之处在于模式的表现力，以及编译器确认所有可能的情况都得到处理。
将 match 表达式类比为硬币分类机：硬币沿着带有不同大小孔的轨道滑动，每个硬币都会掉落到它所符合的第一个孔中。同样，值会通过 match 中的每个模式，并在第一个与之匹配的模式中，值“符合”，然后该值将掉入关联的代码块中，在执行期间使用。
说到硬币，让我们使用硬币作为例子来使用 match！我们可以编写一个函数，该函数接受一个未知的美国硬币，并类似于计数机一样，确定它是哪一种硬币，并以美分为单位返回其价值，如示例所示（见代码清单6-3）。
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter,
}
fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 {
match coin {
Coin::Penny => 1,
Coin::Nickel => 5,
Coin::Dime => 10,
Coin::Quarter => 25,
}
}
代码清单6-3：一个枚举和一个 match 表达式，其中枚举的变体是其模式
让我们来分解 value_in_cents 函数中的 match。首先，我们列出 match 关键字，后面是一个表达式，在这种情况下是值 coin。这似乎与与 if 一起使用的条件表达式非常相似，但有一个很大的区别：if 中的条件需要求值为布尔值，而在这里可以是任何类型。此示例中的 coin 类型是我们在第一行定义的 Coin 枚举类型。
接下来是 match 分支。分支由两部分组成：模式和一些代码。第一个分支在这里有一个模式，它是值 Coin::Penny，然后是将模式和代码分开的 => 运算符。在这种情况下，代码仅为值 1。每个分支用逗号与下一个分开。
当 match 表达式执行时，它按顺序将结果值与每个分支的模式进行比较。如果某个模式与值匹配，将执行与该模式相关联的代码。如果该模式与值不匹配，则继续执行下一个分支，就像硬币分类机一样。我们可以有尽可能多的分支：在代码清单6-3中，我们的 match 有四个分支。
每个分支关联的代码是一个表达式，匹配分支中表达式的结果是整个 match 表达式的返回值。
通常，如果 match 分支的代码很短，我们不会使用花括号；就像在代码清单6-3中，每个分支仅返回一个值。如果您想在匹配分支中运行多行代码，必须使用花括号，并且接在分支后面的逗号则是可选的。例如，以下代码每次调用方法时都会打印“Lucky penny！”但仍然返回块的最后一个值 1：
fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 {
match coin {
Coin::Penny => {
println!("Lucky penny!");
1
}
Coin::Nickel => 5,
Coin::Dime => 10,
Coin::Quarter => 25,
}
}
绑定到值的模式
match 分支的另一个有用功能是它们可以绑定到与模式匹配的值的部分。这是我们从枚举变体中提取值的方法。
举个例子，我们将一个枚举变体更改为在其内部保存数据。从1999年到2008年，美国铸造了每个州的25美分硬币，每一面有50个州的不同设计。其他硬币没有州设计，因此只有25美分硬币有这个额外值。我们可以通过将 Quarter 变体更改为包含 UsState 值来将此信息添加到我们的 enum 中，如代码清单6-4中所示。
#[derive(Debug)] // 这样我们可以检查状态
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter(UsState),
}
代码清单6-4：一个 Coin 枚举，其中 Quarter 变体还包含一个 UsState 值
假设我们的朋友想要收集所有50个州的硬币。在将我们的零钱按硬币类型分类的同时，我们还会宣读与每个25美分硬币相关的州的名称，这样如果他们没有的州出现，他们就可以将其加入到他们的收藏中。
在此代码的 match 表达式中，我们在与变体 `Coin::
Quarter的值匹配的模式中添加了一个名为state的变量。当Coin::Quarter 匹配时，state变量将绑定到该25美分硬币的州的值。然后，我们可以在该分支的代码中使用state`，如下所示：
fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 {
match coin {
Coin::Penny => 1,
Coin::Nickel => 5,
Coin::Dime => 10,
Coin::Quarter(state) => {
println!("州25美分硬币来自{:?}！", state);
25
}
}
}
如果我们调用 value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska))，coin 将是 Coin::Quarter(UsState::Alaska)。当我们将该值与每个 match 分支进行比较时，直到达到 Coin::Quarter(state) 时，没有一个匹配。在这一点上，state 的绑定将是值 UsState::Alaska。然后，我们可以在 println! 表达式中使用该绑定，从而从 Quarter 变体的 Coin 枚举中获取内部州的值。
使用 Option 进行匹配
在前面的部分中，我们希望从 Option<T> 的 Some 情况中获取内部的 T 值；我们也可以像对待 Coin 枚举一样使用 match 来处理 Option<T>！我们不再比较硬币，而是比较 Option<T> 的变体，但 match 表达式的工作方式保持不变。
假设我们想编写一个函数，它接受一个 Option<i32>，如果内部有值，则将该值加1。如果内部没有值，则函数应返回 None 值，并且不尝试执行任何操作。
感谢 match，编写这个函数非常容易，如代码清单6-5所示。
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
match x {
None => None,
Some(i) => Some(i + 1),
}
}
let five = Some(5);
let six = plus_one(five);
let none = plus_one(None);
代码清单6-5：一个在 Option<i32> 上使用 match 表达式的函数
让我们更详细地查看第一个 plus_one 的执行。当我们调用 plus_one(five) 时，在 plus_one 函数体中，变量 x 将具有值 Some(5)。然后，我们将其与每个 match 分支进行比较：
None => None,
Some(5) 的值不匹配模式 None，因此我们继续到下一个分支：
Some(i) => Some(i + 1),
Some(5) 是否匹配 Some(i)？是的！我们有相同的变体。i 绑定到 Some 中包含的值，因此 i 取值为 5。然后，将执行 match 分支中的代码，因此我们将 1 加到 i 的值，并创建一个包含我们的总值 6 的新 Some 值。
现在让我们考虑代码清单6-5中 plus_one 的第二次调用，其中 x 是 None。我们进入 match 并与第一个分支进行比较：
None => None,
它匹配！没有值可以添加，因此程序停止并返回 None 值在 => 的右侧。因为第一个分支匹配，不会比较其他分支。
将 match 与枚举结合使用在许多情况下都很有用。在Rust代码中，您会经常看到这种模式：针对枚举进行 match，将变量绑定到内部数据，然后基于该数据执行代码。刚开始时可能有点棘手，但一旦习惯了，您会希望在所有语言中都有这种功能。它始终是用户喜爱的。
匹配是穷尽的
我们还需要讨论 match 的另一个方面：分支的模式必须覆盖所有可能性。考虑一下我们的 plus_one 函数的这个版本，它有一个错误，并且无法编译：
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
match x {
Some(i) => Some(i + 1),
}
}
我们没有处理 None 的情况，因此这段代码将引起错误。幸运的是，这是一个Rust知道如何捕捉的错误。如果我们尝试编译这段代码，将会得到这个错误：
$ cargo run
Compiling enums v0.1.0 (file:///projects/enums)
error[E0004]: non-exhaustive patterns: `None` not covered
--> src/main.rs:3:15
|
3 | match x {
| ^ pattern `None` not covered
|
note: `Option<i32>` defined here
--> /rustc/d5a82bbd26e1ad8b7401f6a718a9c57c96905483/library/core/src/option.rs:518:1
|
= note:
/rustc/d5a82bbd26e1ad8b7401f6a718a9c57c96905483/library/core/src/option.rs:522:5: not covered
= note: the matched value is of type `Option<i32>`
help: ensure that all possible cases are being handled by adding a match arm with a wildcard pattern or an explicit pattern as shown
|
4 ~ Some
(i) => Some(i + 1),
5 ~ None => todo!(),
|
For more information about this error, try `rustc --explain E0004`.
error: could not compile `enums` due to previous error
Rust 知道我们没有覆盖每种可能的情况，甚至知道我们忘记了哪个模式！在Rust中，match 是穷尽的：为了使代码有效，我们必须穷尽所有可能的情况。特别是对于 Option<T>，当Rust防止我们忘记显式处理 None 情况时，它保护我们免于假设我们有一个值，而实际上可能是空值，从而避免了前面提到的巨额错误。
万用模式和 _ 占位符
使用枚举，我们还可以针对一些特定值采取特殊操作，但对于所有其他值，采取一个默认操作。想象我们正在实现一个游戏，在游戏中，如果您掷出一个3点的骰子点数，您的角色不会移动，而是会得到一个新的花哨帽。如果您掷出7点，您的角色将失去一个花哨帽。对于所有其他值，您的角色将在游戏板上移动相应的步数。下面是实现该逻辑的 match，其中骰子点数的结果被硬编码而不是一个随机值，并且所有其他逻辑通过没有主体的函数来表示，因为实际实现超出了此示例的范围：
let dice_roll = 9;
match dice_roll {
3 => add_fancy_hat(),
7 => remove_fancy_hat(),
other => move_player(other),
}
fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}
fn move_player(num_spaces: u8) {}
对于前两个分支，模式是字面值 3 和 7。对于涵盖所有其他可能值的最后一个分支，模式是我们选择命名为 other 的变量。运行在 other 分支的代码将通过将其传递给 move_player 函数来使用该变量。
这段代码可以编译，即使我们没有列出 u8 可以具有的所有可能值，因为最后一个模式将匹配没有特别列出的所有值。这个万用模式满足了 match 必须是穷尽的要求。注意我们必须将万用分支放在最后，因为模式是按顺序进行评估的。如果我们在万用分支之前放置了其他分支，其他分支将永远不会运行，因此Rust会在添加了万用分支后发出警告！
Rust 还有一个可以在需要万用匹配但不希望使用匹配值时使用的模式：_ 是一个特殊模式，它匹配任何值，并且不会绑定到该值。这告诉Rust我们不会使用该值，因此Rust不会对未使用的变量发出警告。
让我们再次改变游戏规则：现在，如果您掷出的点数不是3或7，您必须重新掷一次。我们不再需要使用万用值，因此我们可以改变代码，使用 _ 而不是名为 other 的变量：
let dice_roll = 9;
match dice_roll {
3 => add_fancy_hat(),
7 => remove_fancy_hat(),
_ => reroll(),
}
fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}
fn reroll() {}
这个例子也满足穷尽要求，因为我们在最后一个分支中明确地忽略了所有其他值；我们没有遗漏任何内容。
最后，我们再次改变游戏规则，以便在掷出3或7以外的任何点数时，您的回合上不会发生任何其他事情。我们可以通过将空元组类型（我们在 “元组类型” 部分中提到的空元组类型）用作与 _ 分支关联的代码来表示：
let dice_roll = 9;
match dice_roll {
3 => add_fancy_hat(),
7 => remove_fancy_hat(),
_ => (),
}
fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}
在这里，我们明确告诉Rust，我们不会使用任何在先前分支的模式中没有列出的其他值，并且在此情况下不希望运行任何代码。
有关模式和匹配的更多内容将在第18章中介绍。现在，我们将继续介绍 if let 语法，这在 match 表达式有点冗长的情况下非常有用。