动态数组 Vector
动态数组类型用 Vec<T> 表示，事实上，在之前的章节，它的身影多次出现，我们一直没有细讲，只是简单的把它当作数组处理。
动态数组允许你存储多个值，这些值在内存中一个紧挨着另一个排列，因此访问其中某个元素的成本非常低。动态数组只能存储相同类型的元素，如果你想存储不同类型的元素，可以使用之前讲过的枚举类型或者特征对象。
总之，当我们想拥有一个列表，里面都是相同类型的数据时，动态数组将会非常有用。
创建动态数组
在 Rust 中，有多种方式可以创建动态数组。
Vec::new
使用 Vec::new 创建动态数组是最 rusty 的方式，它调用了 Vec 中的 new 关联函数：
#![allow(unused)] fn main() { let v: Vec<i32> = Vec::new(); }
这里，v 被显式地声明了类型 Vec<i32>，这是因为 Rust 编译器无法从 Vec::new() 中得到任何关于类型的暗示信息，因此也无法推导出 v 的具体类型，但是当你向里面增加一个元素后，一切又不同了：
#![allow(unused)] fn main() { let mut v = Vec::new(); v.push(1); }
此时，v 就无需手动声明类型，因为编译器通过 v.push(1)，推测出 v 中的元素类型是 i32，因此推导出 v 的类型是 Vec<i32>。
如果预先知道要存储的元素个数，可以使用
Vec::with_capacity(capacity)创建动态数组，这样可以避免因为插入大量新数据导致频繁的内存分配和拷贝，提升性能
vec![]
还可以使用宏 vec! 来创建数组，与 Vec::new 有所不同，前者能在创建同时给予初始化值：
#![allow(unused)] fn main() { let v = vec![1, 2, 3]; }
同样，此处的 v 也无需标注类型，编译器只需检查它内部的元素即可自动推导出 v 的类型是 Vec<i32> （Rust 中，整数默认类型是 i32，在数值类型中有详细介绍）。
更新 Vector
向数组尾部添加元素，可以使用 push 方法：
#![allow(unused)] fn main() { let mut v = Vec::new(); v.push(1); }
与其它类型一样，必须将 v 声明为 mut 后，才能进行修改。
Vector 与其元素共存亡
跟结构体一样，Vector 类型在超出作用域范围后，会被自动删除：
#![allow(unused)] fn main() { { let v = vec![1, 2, 3]; // ... } // <- v超出作用域并在此处被删除 }
当 Vector 被删除后，它内部存储的所有内容也会随之被删除。目前来看，这种解决方案简单直白，但是当 Vector 中的元素被引用后，事情可能会没那么简单。
从 Vector 中读取元素
读取指定位置的元素有两种方式可选：
- 通过下标索引访问。
- 使用
get方法。
#![allow(unused)] fn main() { let v = vec![1, 2, 3, 4, 5]; let third: &i32 = &v[2]; println!("第三个元素是 {}", third); match v.get(2) { Some(third) => println!("第三个元素是 {third}"), None => println!("去你的第三个元素，根本没有！"), } }
和其它语言一样，集合类型的索引下标都是从 0 开始，&v[2] 表示借用 v 中的第三个元素，最终会获得该元素的引用。而 v.get(2) 也是访问第三个元素，但是有所不同的是，它返回了 Option<&T>，因此还需要额外的 match 来匹配解构出具体的值。
细心的同学会注意到这里使用了两种格式化输出的方式，其中第一种我们在之前已经见过，而第二种是后续新版本中引入的写法，也是更推荐的用法，具体介绍请参见格式化输出章节。
下标索引与 .get 的区别
这两种方式都能成功的读取到指定的数组元素，既然如此为什么会存在两种方法？何况 .get 还会增加使用复杂度，这就涉及到数组越界的问题了，让我们通过示例说明：
#![allow(unused)] fn main() { let v = vec![1, 2, 3, 4, 5]; let does_not_exist = &v[100]; let does_not_exist = v.get(100); }
运行以上代码，&v[100] 的访问方式会导致程序无情报错退出，因为发生了数组越界访问。 但是 v.get 就不会，它在内部做了处理，有值的时候返回 Some(T)，无值的时候返回 None，因此 v.get 的使用方式非常安全。
既然如此，为何不统一使用 v.get 的形式？因为实在是有些啰嗦，Rust 语言的设计者和使用者在审美这方面还是相当统一的：简洁即正义，何况性能上也会有轻微的损耗。
既然有两个选择，肯定就有如何选择的问题，答案很简单，当你确保索引不会越界的时候，就用索引访问，否则用 .get。例如，访问第几个数组元素并不取决于我们，而是取决于用户的输入时，用 .get 会非常适合，天知道那些可爱的用户会输入一个什么样的数字进来！
同时借用多个数组元素
既然涉及到借用数组元素，那么很可能会遇到同时借用多个数组元素的情况，还记得在所有权和借用章节咱们讲过的借用规则嘛？如果记得，就来看看下面的代码 :)
#![allow(unused)] fn main() { let mut v = vec![1, 2, 3, 4, 5]; let first = &v[0]; v.push(6); println!("The first element is: {first}"); }
先不运行，来推断下结果，首先 first = &v[0] 进行了不可变借用，v.push 进行了可变借用，如果 first 在 v.push 之后不再使用，那么该段代码可以成功编译（原因见引用的作用域）。
可是上面的代码中，first 这个不可变借用在可变借用 v.push 后被使用了，那么妥妥的，编译器就会报错：
$ cargo run
Compiling collections v0.1.0 (file:///projects/collections)
error[E0502]: cannot borrow `v` as mutable because it is also borrowed as immutable 无法对v进行可变借用，因此之前已经进行了不可变借用
--> src/main.rs:6:5
|
4 | let first = &v[0];
| - immutable borrow occurs here // 不可变借用发生在此处
5 |
6 | v.push(6);
| ^^^^^^^^^ mutable borrow occurs here // 可变借用发生在此处
7 |
8 | println!("The first element is: {}", first);
| ----- immutable borrow later used here // 不可变借用在这里被使用
For more information about this error, try `rustc --explain E0502`.
error: could not compile `collections` due to previous error
其实，按理来说，这两个引用不应该互相影响的：一个是查询元素，一个是在数组尾部插入元素，完全不相干的操作，为何编译器要这么严格呢？
原因在于：数组的大小是可变的，当旧数组的大小不够用时，Rust 会重新分配一块更大的内存空间，然后把旧数组拷贝过来。这种情况下，之前的引用显然会指向一块无效的内存，这非常 rusty —— 对用户进行严格的教育。
其实想想，在长大之后，我们感激人生路上遇到过的严师益友，正是因为他们，我们才在正确的道路上不断前行，虽然在那个时候，并不能理解他们，而 Rust 就如那个良师益友，它不断的在纠正我们不好的编程习惯，直到某一天，你发现自己能写出一次性通过的漂亮代码时，就能明白它的良苦用心。
若读者想要更深入的了解
Vec<T>，可以看看Rustonomicon，其中从零手撸一个动态数组，非常适合深入学习。
迭代遍历 Vector 中的元素
如果想要依次访问数组中的元素，可以使用迭代的方式去遍历数组，这种方式比用下标的方式去遍历数组更安全也更高效（每次下标访问都会触发数组边界检查）：
#![allow(unused)] fn main() { let v = vec![1, 2, 3]; for i in &v { println!("{i}"); } }
也可以在迭代过程中，修改 Vector 中的元素：
#![allow(unused)] fn main() { let mut v = vec![1, 2, 3]; for i in &mut v { *i += 10 } }
存储不同类型的元素
在本节开头，有讲到数组的元素必须类型相同，但是也提到了解决方案：那就是通过使用枚举类型和特征对象来实现不同类型元素的存储。先来看看通过枚举如何实现：
#[derive(Debug)] enum IpAddr { V4(String), V6(String) } fn main() { let v = vec![ IpAddr::V4("127.0.0.1".to_string()), IpAddr::V6("::1".to_string()) ]; for ip in v { show_addr(ip) } } fn show_addr(ip: IpAddr) { println!("{:?}",ip); }
数组 v 中存储了两种不同的 ip 地址，但是这两种都属于 IpAddr 枚举类型的成员，因此可以存储在数组中。
再来看看特征对象的实现：
trait IpAddr { fn display(&self); } struct V4(String); impl IpAddr for V4 { fn display(&self) { println!("ipv4: {:?}",self.0) } } struct V6(String); impl IpAddr for V6 { fn display(&self) { println!("ipv6: {:?}",self.0) } } fn main() { let v: Vec<Box<dyn IpAddr>> = vec![ Box::new(V4("127.0.0.1".to_string())), Box::new(V6("::1".to_string())), ]; for ip in v { ip.display(); } }
比枚举实现要稍微复杂一些，我们为 V4 和 V6 都实现了特征 IpAddr，然后将它俩的实例用 Box::new 包裹后，存在了数组 v 中，需要注意的是，这里必须手动地指定类型：Vec<Box<dyn IpAddr>>，表示数组 v 存储的是特征 IpAddr 的对象，这样就实现了在数组中存储不同的类型。
在实际使用场景中，特征对象数组要比枚举数组常见很多，主要原因在于特征对象非常灵活，而编译器对枚举的限制较多，且无法动态增加类型。
Vector 常用方法
初始化 vec 的更多方式：
fn main() { let v = vec![0; 3]; // 默认值为 0，初始长度为 3 let v_from = Vec::from([0, 0, 0]); assert_eq!(v, v_from); }
动态数组意味着我们增加元素时，如果容量不足就会导致 vector 扩容（目前的策略是重新申请一块 2 倍大小的内存，再将所有元素拷贝到新的内存位置，同时更新指针数据），显然，当频繁扩容或者当元素数量较多且需要扩容时，大量的内存拷贝会降低程序的性能。
可以考虑在初始化时就指定一个实际的预估容量，尽量减少可能的内存拷贝：
fn main() { let mut v = Vec::with_capacity(10); v.extend([1, 2, 3]); // 附加数据到 v println!("Vector 长度是: {}, 容量是: {}", v.len(), v.capacity()); v.reserve(100); // 调整 v 的容量，至少要有 100 的容量 println!("Vector（reserve） 长度是: {}, 容量是: {}", v.len(), v.capacity()); v.shrink_to_fit(); // 释放剩余的容量，一般情况下，不会主动去释放容量 println!("Vector（shrink_to_fit） 长度是: {}, 容量是: {}", v.len(), v.capacity()); }
Vector 常见的一些方法示例：
#![allow(unused)] fn main() { let mut v = vec![1, 2]; assert!(!v.is_empty()); // 检查 v 是否为空 v.insert(2, 3); // 在指定索引插入数据，索引值不能大于 v 的长度， v: [1, 2, 3] assert_eq!(v.remove(1), 2); // 移除指定位置的元素并返回, v: [1, 3] assert_eq!(v.pop(), Some(3)); // 删除并返回 v 尾部的元素，v: [1] assert_eq!(v.pop(), Some(1)); // v: [] assert_eq!(v.pop(), None); // 记得 pop 方法返回的是 Option 枚举值 v.clear(); // 清空 v, v: [] let mut v1 = [11, 22].to_vec(); // append 操作会导致 v1 清空数据，增加可变声明 v.append(&mut v1); // 将 v1 中的所有元素附加到 v 中, v1: [] v.truncate(1); // 截断到指定长度，多余的元素被删除, v: [11] v.retain(|x| *x > 10); // 保留满足条件的元素，即删除不满足条件的元素 let mut v = vec![11, 22, 33, 44, 55]; // 删除指定范围的元素，同时获取被删除元素的迭代器, v: [11, 55], m: [22, 33, 44] let mut m: Vec<_> = v.drain(1..=3).collect(); let v2 = m.split_off(1); // 指定索引处切分成两个 vec, m: [22], v2: [33, 44] }
当然也可以像数组切片的方式获取 vec 的部分元素：
fn main() { let v = vec![11, 22, 33, 44, 55]; let slice = &v[1..=3]; assert_eq!(slice, &[22, 33, 44]); }
更多细节，阅读 Vector 的标准库文档。
Vector 的排序
在 rust 里，实现了两种排序算法，分别为稳定的排序 sort 和 sort_by，以及非稳定排序 sort_unstable 和 sort_unstable_by。
当然，这个所谓的 非稳定 并不是指排序算法本身不稳定，而是指在排序过程中对相等元素的处理方式。在 稳定 排序算法里，对相等的元素，不会对其进行重新排序。而在 不稳定 的算法里则不保证这点。
总体而言，非稳定 排序的算法的速度会优于 稳定 排序算法，同时，稳定 排序还会额外分配原数组一半的空间。
整数数组的排序
以下是对整数列进行排序的例子。
fn main() { let mut vec = vec![1, 5, 10, 2, 15]; vec.sort_unstable(); assert_eq!(vec, vec![1, 2, 5, 10, 15]); }
浮点数数组的排序
我们尝试使用上面的方法来对浮点数进行排序：
fn main() { let mut vec = vec![1.0, 5.6, 10.3, 2.0, 15f32]; vec.sort_unstable(); assert_eq!(vec, vec![1.0, 2.0, 5.6, 10.3, 15f32]); }
结果，居然报错了，
error[E0277]: the trait bound `f32: Ord` is not satisfied
--> src/main.rs:29:13
|
29 | vec.sort_unstable();
| ^^^^^^^^^^^^^ the trait `Ord` is not implemented for `f32`
|
= help: the following other types implement trait `Ord`:
i128
i16
i32
i64
i8
isize
u128
u16
and 4 others
note: required by a bound in `core::slice::<impl [T]>::sort_unstable`
--> /home/keijack/.rustup/toolchains/stable-x86_64-unknown-linux-gnu/lib/rustlib/src/rust/library/core/src/slice/mod.rs:2635:12
|
2635 | T: Ord,
| ^^^ required by this bound in `core::slice::<impl [T]>::sort_unstable`
For more information about this error, try `rustc --explain E0277`.
原来，在浮点数当中，存在一个 NAN 的值，这个值无法与其他的浮点数进行对比，因此，浮点数类型并没有实现全数值可比较 Ord 的特性，而是实现了部分可比较的特性 PartialOrd。
如此，如果我们确定在我们的浮点数数组当中，不包含 NAN 值，那么我们可以使用 partial_cmp 来作为大小判断的依据。
fn main() { let mut vec = vec![1.0, 5.6, 10.3, 2.0, 15f32]; vec.sort_unstable_by(|a, b| a.partial_cmp(b).unwrap()); assert_eq!(vec, vec![1.0, 2.0, 5.6, 10.3, 15f32]); }
OK，现在可以正确执行了。
对结构体数组进行排序
有了上述浮点数排序的经验，我们推而广之，那么对结构体是否也可以使用这种自定义对比函数的方式来进行呢？马上来试一下：
#[derive(Debug)] struct Person { name: String, age: u32, } impl Person { fn new(name: String, age: u32) -> Person { Person { name, age } } } fn main() { let mut people = vec![ Person::new("Zoe".to_string(), 25), Person::new("Al".to_string(), 60), Person::new("John".to_string(), 1), ]; // 定义一个按照年龄倒序排序的对比函数 people.sort_unstable_by(|a, b| b.age.cmp(&a.age)); println!("{:?}", people); }
执行后输出：
[Person { name: "Al", age: 60 }, Person { name: "Zoe", age: 25 }, Person { name: "John", age: 1 }]
结果正确。
从上面我们学习过程当中，排序需要我们实现 Ord 特性，那么如果我们把我们的结构体实现了该特性，是否就不需要我们自定义对比函数了呢？
是，但不完全是，实现 Ord 需要我们实现 Ord、Eq、PartialEq、PartialOrd 这些属性。好消息是，你可以 derive 这些属性：
#[derive(Debug, Ord, Eq, PartialEq, PartialOrd)] struct Person { name: String, age: u32, } impl Person { fn new(name: String, age: u32) -> Person { Person { name, age } } } fn main() { let mut people = vec![ Person::new("Zoe".to_string(), 25), Person::new("Al".to_string(), 60), Person::new("Al".to_string(), 30), Person::new("John".to_string(), 1), Person::new("John".to_string(), 25), ]; people.sort_unstable(); println!("{:?}", people); }
执行输出
[Person { name: "Al", age: 30 }, Person { name: "Al", age: 60 }, Person { name: "John", age: 1 }, Person { name: "John", age: 25 }, Person { name: "Zoe", age: 25 }]
需要 derive Ord 相关特性，需要确保你的结构体中所有的属性均实现了 Ord 相关特性，否则会发生编译错误。derive 的默认实现会依据属性的顺序依次进行比较，如上述例子中，当 Person 的 name 值相同，则会使用 age 进行比较。
课后练习
Rust By Practice，支持代码在线编辑和运行，并提供详细的习题解答。