Rust - 集合

现代 Rust：常用集合

Rust 的标准库（std::collections）提供了一套强大、高效且安全的集合类型，用于管理数据组。我们将探讨三个最核心的集合：Vec<T>（向量）、HashMap<K, V>（哈希映射）和 HashSet<T>（哈希集合）。

Vector：可变大小的列表

Vec<T>（发音为“vector”，即向量）是一个可增长的、同类型 T 值的列表，它们在内存中连续存储。它是 Rust 中使用最广泛的数据结构之一。

• 同质： 所有元素必须是相同类型。
• 堆分配： 数据存储在堆上，允许其在运行时增长或缩小。
• 有序： 元素保持特定顺序，并通过从 0 开始的索引访问。

创建和操作向量

fn main() {
    // 创建一个空向量并添加元素
    let mut numbers: Vec<i32> = Vec::new();
    numbers.push(10);
    numbers.push(20);
    numbers.push(30);

    // 使用 vec! 宏创建带有初始值的向量
    let mut fruits = vec!["Apple", "Banana", "Cherry"];
    println!("Initial fruits: {:?}", fruits);

    // 访问元素
    // 使用 .get() 更安全，因为它返回 Option<&T>
    match fruits.get(1) {
        Some(fruit) => println!("The second fruit is: {}", fruit),
        None => println!("There is no second fruit."),
    }

    // 如果索引超出范围，直接索引将导致 panic
    let first_fruit = &fruits[0];
    println!("The first fruit is: {}", first_fruit);

    // 迭代和修改
    for fruit in &mut fruits {
        *fruit = "Juicy Fruit"; // 通过可变引用修改每个元素
    }
    println!("Modified fruits: {:?}", fruits);
}

常用 Vec<T> 方法

方法	描述
Vec::new()	创建一个新的空向量。
vec![...]	一个方便的宏，用于创建带有初始元素的向量。
push(value)	将一个元素添加到向量的末尾。
pop()	移除并返回最后一个元素，以 Option<T> 形式。
len()	返回向量中的元素数量。
get(index)	返回 index 处元素的 Option<&T>。安全。
[index]	返回 index 处元素的引用。如果超出边界则会导致 panic。

HashMap：键值存储

一个 HashMap<K, V> 存储了类型 K 的键到类型 V 的值的映射。它使用哈希函数（hashing function）来确定如何存储和检索数据，使得查找、插入和删除操作在平均情况下极快。键必须是唯一的。

创建和使用 HashMap

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    // 创建一个新的 HashMap
    let mut scores = HashMap::new();

    // 插入键值对
    scores.insert(String::from("Blue"), 10);
    scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

    // 使用键访问值
    let team_name = String::from("Blue");
    let score = scores.get(&team_name).copied().unwrap_or(0);
    println!("The score for Blue team is: {}", score);

    // 遍历键值对
    for (key, value) in &scores {
        println!("{}: {}", key, value);
    }
}

最佳实践：entry API

entry API 是处理复杂逻辑的惯用方式，例如仅在键不存在时插入值，或更新现有值。

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let text = "hello world wonderful world";
    let mut map = HashMap::new();

    for word in text.split_whitespace() {
        // .entry() 返回一个表示潜在条目的枚举（Enum）
        // .or_insert(0) 获取值，如果不存在则插入 0
        let count = map.entry(word).or_insert(0);
        *count += 1; // 递增计数
    }

    println!("Word counts: {:?}", map);
}

HashSet：唯一值的集合

一个 HashSet<T> 是一个集合，其中每个元素都是唯一的。它作为 HashMap<T, ()> 的一个包装器实现，并且在检查集合中是否存在某个值时速度极快。

创建和使用 HashSet

use std::collections::HashSet;

fn main() {
    let mut visited_cities = HashSet::new();

    // insert() 如果值是新插入的，则返回 true
    assert!(visited_cities.insert("Tokyo"));
    assert!(visited_cities.insert("London"));
    // 插入重复值返回 false
    assert!(!visited_cities.insert("Tokyo"));

    println!("Visited cities: {:?}", visited_cities);

    // 检查是否存在
    if visited_cities.contains("London") {
        println!("We have been to London!");
    }
}

集合操作

HashSet 还支持强大的数学集合操作。

use std::collections::HashSet;

fn main() {
    let set1: HashSet<_> = [1, 2, 3].iter().cloned().collect();
    let set2: HashSet<_> = [2, 3, 4].iter().cloned().collect();

    // 并集：任一集合中的元素
    println!("Union: {:?}", set1.union(&set2).collect::<Vec<_>>());

    // 交集：两个集合中都存在的元素
    println!("Intersection: {:?}", set1.intersection(&set2).collect::<Vec<_>>());

    // 差集：在 set1 中但不在 set2 中的元素
    println!("Difference: {:?}", set1.difference(&set2).collect::<Vec<_>>());
}

选择正确的集合

• 当你需要一个有序的元素序列时，使用 Vec<T>。
• 当你需要将值与唯一键关联以进行快速查找时，使用 HashMap<K, V>。
• 当你只需要存储唯一值并快速检查它们是否存在时，使用 HashSet<T>。