Rust 中的结构体使用指南

1. 定义结构体（Struct）

定义一个结构体需要使用 struct 关键字，然后给该结构体取一个有意义的名字，接着在花括号内列出字段名称和字段类型。例如，下面的 User 结构体包含四个字段，用来表示用户的相关信息：

struct User {
    active: bool,
    username: String,
    email: String,
    sign_in_count: u64,
}

需要注意的是，结构体字段之间用逗号分隔，字段类型可以各不相同。字段名有助于我们理解各数据的含义，相比于元组，这种方式更具可读性和可维护性。

2. 实例化结构体

定义完结构体后，我们就可以基于它创建具体的实例。创建实例需要在结构体名称后面的花括号中填写 字段: 值。例如：

let user1 = User {
    active: true,
    username: String::from("someusername123"),
    email: String::from("[email protected]"),
    sign_in_count: 1,
};

上述代码创建了一个名为 user1 的 User 实例。

访问字段时，使用点号（.）语法，比如 user1.email。
如果想要对结构体的字段进行修改，需要将整个实例声明为可变（mut），如下所示：

let mut user1 = User {
    active: true,
    username: String::from("someusername123"),
    email: String::from("[email protected]"),
    sign_in_count: 1,
};

// 修改 email
user1.email = String::from("[email protected]");

Rust 不允许只将部分字段设为可变；只有把整个实例设为 mut，才能修改任意字段的值。

3. 返回结构体实例的函数

我们可以编写一个函数来返回一个结构体实例。以下例子中，build_user 函数接收用户名和邮箱，返回一个 User 实例：

fn build_user(email: String, username: String) -> User {
    User {
        active: true,
        username: username,
        email: email,
        sign_in_count: 1,
    }
}

这其中有一些重复：结构体字段和函数参数名字完全相同时，写起来显得冗余。Rust 提供了字段初始化简写语法（field init shorthand） 来简化这种情况：

fn build_user(email: String, username: String) -> User {
    User {
        active: true,
        username,
        email,
        sign_in_count: 1,
    }
}

当字段名和变量名相同时，可以直接省略 username: username，只写 username。

4. 从已有实例更新字段：结构体更新语法

有时我们想根据现有的结构体实例创建一个新实例，只修改其中一些字段，而其余字段沿用旧实例的值。使用“结构体更新语法”（struct update syntax）能让我们少写大量重复代码。先看常规写法：

// 常规写法：手动为所有字段赋值
let user2 = User {
    active: user1.active,
    username: String::from("new_user"),
    email: String::from("[email protected]"),
    sign_in_count: user1.sign_in_count,
};

使用更新语法，只需要在花括号最后使用 .. 加上已存在的实例名称：

let user2 = User {
    email: String::from("[email protected]"),
    // 其他未指定的字段全部拷贝自 user1
    ..user1
};

这样就将 active、username 和 sign_in_count 字段从 user1 中拷贝了过来，而 email 则使用了新的值。

需要注意的是，这种用法会发生所有权转移（move）。如果被转移的字段（如 String）在新实例 user2 中使用了 user1 的原始值，那么 user1 中对应的字段不再有效。如果被转移的字段类型实现了 Copy trait（如 u64），则不会失效，因为它是按值拷贝的。

5. 元组结构体（Tuple Struct）

Rust 还支持一种“元组结构体”（tuple struct），其形式与常规结构体类似，只是不为字段命名，而是直接在结构体名后面写上字段类型，如同元组一样。例如：

struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32, i32);

fn main() {
    let black = Color(0, 0, 0);
    let origin = Point(0, 0, 0);

    println!("Color: {}, {}, {}", black.0, black.1, black.2);
    println!("Point: {}, {}, {}", origin.0, origin.1, origin.2);
}

black 和 origin 虽然都含有三个 i32，但它们属于不同的类型：Color 和 Point。
这种设计可以让你在概念上区分“颜色”和“坐标点”，即使它们的内部结构相同。

6. 类单元结构体（Unit-Like Struct）

Rust 允许定义没有任何字段的结构体，被称为类单元结构体（unit-like struct）。它的用法和 ()（unit 类型）非常类似。比如：

struct AlwaysEqual;

fn main() {
    let subject = AlwaysEqual;
}

这里的 AlwaysEqual 并没有任何字段，但是将来可以为它实现某些特定的 trait，使得其任意两个实例都“总是相等”（或者做其他自定义的行为）。这种结构体常用于在类型系统层面上代表某种独特概念，或者在泛型、trait 中提供占位符作用。

7. 结构体中的所有权问题

在上面的 User 例子里，我们使用了 String 而不是 &str 作为字段类型。这是因为我们希望这个结构体拥有自己的数据，并且在结构体生命周期内字段数据一直有效。如果结构体内部要存储引用（如 &str），则需要用到生命周期（lifetime） 来保证被引用的数据在结构体作用范围内不被释放。
如果你试图直接在结构体中写：

struct User {
    active: bool,
    username: &str, // 会出错
    email: &str,    // 会出错
    sign_in_count: u64,
}

编译器会提示需要生命周期标注（lifetime specifier），否则无法保证引用的有效性。关于如何在结构体中使用引用，以及如何正确指定生命周期，我们会在更高级的章节（通常是第 10 章）做更深入的讨论。