变量与可变性

正如在 “使用变量存储值”章节中提到的，默认情况下，变量是不可变的。这是 Rust 提供的众多建议之一，旨在让你以一种能够利用 Rust 提供的安全性和易于并发性的方式编写代码。不过，你仍然可以选择使变量可变。让我们探讨一下 Rust 如何以及为何鼓励你偏爱不可变性，以及为什么有时你可能想要选择放弃不可变性。

当一个变量是不可变的时，一旦一个值被绑定到一个名称，你就不能更改该值。为了说明这一点，请在你的 projects 目录中使用 cargo new variables 生成一个名为 variables 的新项目。

然后，在你的新 variables 目录中，打开 src/main.rs 并将其代码替换为以下代码，该代码暂时还不会编译

文件名：src/main.rs

fn main() {
    let x = 5;
    println!("The value of x is: {x}");
    x = 6;
    println!("The value of x is: {x}");
}

使用 cargo run 保存并运行程序。你应该会收到一个关于不可变性错误的错误消息，如以下输出所示

$ cargo run
   Compiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `x`
 --> src/main.rs:4:5
  |
2 |     let x = 5;
  |         - first assignment to `x`
3 |     println!("The value of x is: {x}");
4 |     x = 6;
  |     ^^^^^ cannot assign twice to immutable variable
  |
help: consider making this binding mutable
  |
2 |     let mut x = 5;
  |         +++

For more information about this error, try `rustc --explain E0384`.
error: could not compile `variables` (bin "variables") due to 1 previous error

这个例子展示了编译器如何帮助你找到程序中的错误。编译器错误可能令人沮丧，但实际上它们只是意味着你的程序尚未安全地执行你想要的操作；它们不意味着你不是一个好的程序员！经验丰富的 Rust 程序员仍然会遇到编译器错误。

你收到错误消息 cannot assign twice to immutable variable `x` 是因为你试图将第二个值赋给不可变的 x 变量。

当我们尝试更改一个被指定为不可变的值时，我们收到编译时错误非常重要，因为这种情况可能导致错误。如果我们代码的一部分假设一个值永远不会改变，而代码的另一部分改变了该值，那么第一部分代码可能不会执行其设计的功能。这种错误的根源可能很难在事后追溯，尤其是当第二段代码有时才会改变该值时。Rust 编译器保证，当你声明一个值不会改变时，它确实不会改变，因此你无需自己跟踪它。因此，你的代码更容易理解。

但是可变性可能非常有用，并且可以使代码更方便编写。尽管变量默认是不可变的，但你可以像在第 2 章中所做的那样，在变量名称前面添加 mut 来使其可变。添加 mut 还可以向未来的代码读者传达意图，表明代码的其他部分将会更改此变量的值。

例如，让我们将 src/main.rs 更改为以下内容

文件名：src/main.rs

fn main() {
    let mut x = 5;
    println!("The value of x is: {x}");
    x = 6;
    println!("The value of x is: {x}");
}

现在当我们运行程序时，我们会得到这个

$ cargo run
   Compiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.30s
     Running `target/debug/variables`
The value of x is: 5
The value of x is: 6

当使用 mut 时，我们允许将绑定到 x 的值从 5 更改为 6。最终，是否使用可变性取决于你，并取决于你认为在特定情况下最清晰的内容。

常量

与不可变变量一样，常量是绑定到名称并且不允许更改的值，但是常量和变量之间存在一些差异。

首先，你不允许将 mut 与常量一起使用。常量不仅仅是默认不可变的——它们总是不可变的。你使用 const 关键字而不是 let 关键字声明常量，并且值的类型必须被注释。我们将在下一节 “数据类型” 中介绍类型和类型注释，所以现在不用担心细节。你只需要知道你必须始终注释类型。

常量可以在任何作用域中声明，包括全局作用域，这使得它们对于代码的许多部分都需要了解的值很有用。

最后一个区别是，常量只能设置为常量表达式，而不是只能在运行时计算的值的结果。

这是一个常量声明的示例

#![allow(unused)]
fn main() {
const THREE_HOURS_IN_SECONDS: u32 = 60 * 60 * 3;
}

常量的名称是 THREE_HOURS_IN_SECONDS，其值设置为将 60（一分钟的秒数）乘以 60（一小时的分钟数）乘以 3（我们想在这个程序中计数的时数）的结果。Rust 的常量命名约定是使用全部大写字母，单词之间用下划线分隔。编译器能够在编译时评估有限的操作集，这使我们可以选择以一种更容易理解和验证的方式编写此值，而不是将此常量设置为值 10,800。有关在声明常量时可以使用哪些操作的更多信息，请参阅 Rust 参考的常量求值部分。

常量在程序运行的整个时间内都有效，在其声明的作用域内有效。此属性使常量对于应用程序域中程序多个部分可能需要知道的值很有用，例如游戏中任何玩家允许获得的最大积分数或光速。

将整个程序中使用的硬编码值命名为常量，有助于向未来的代码维护者传达该值的含义。它还有助于在你将来需要更新硬编码值时，代码中只有一个地方需要更改。

遮蔽

正如你在第 2 章的猜谜游戏教程中所见，你可以使用与先前变量相同的名称声明一个新变量。Rust 程序员说，第一个变量被第二个变量遮蔽，这意味着当你使用变量名称时，编译器会看到第二个变量。实际上，第二个变量会遮蔽第一个变量，将对变量名称的所有使用都指向自身，直到它自身被遮蔽或作用域结束。我们可以通过使用相同的变量名称并重复使用 let 关键字来遮蔽变量，如下所示

文件名：src/main.rs

fn main() {
    let x = 5;

    let x = x + 1;

    {
        let x = x * 2;
        println!("The value of x in the inner scope is: {x}");
    }

    println!("The value of x is: {x}");
}

此程序首先将 x 绑定到值 5。然后，它通过重复 let x = 创建一个新变量 x，获取原始值并添加 1，因此 x 的值变为 6。然后，在用花括号创建的内部作用域内，第三个 let 语句也遮蔽了 x 并创建一个新变量，将先前的值乘以 2，使 x 的值为 12。当该作用域结束时，内部遮蔽结束，x 恢复为 6。当我们运行此程序时，它将输出以下内容

$ cargo run
   Compiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31s
     Running `target/debug/variables`
The value of x in the inner scope is: 12
The value of x is: 6

遮蔽与将变量标记为 mut 不同，因为如果我们不使用 let 关键字而意外尝试重新分配给此变量，我们将收到编译时错误。通过使用 let，我们可以在值上执行一些转换，但在这些转换完成后使变量不可变。

mut 和遮蔽之间的另一个区别是，因为当我们再次使用 let 关键字时，我们实际上是在创建一个新变量，我们可以更改值的类型但重用相同的名称。例如，假设我们的程序要求用户输入空格字符以显示他们想要在某些文本之间放置多少空格，然后我们想将该输入存储为数字

fn main() {
    let spaces = "   ";
    let spaces = spaces.len();
}

第一个 spaces 变量是字符串类型，第二个 spaces 变量是数字类型。因此，遮蔽使我们无需想出不同的名称，例如 spaces_str 和 spaces_num；相反，我们可以重用更简单的 spaces 名称。但是，如果我们尝试为此使用 mut，如下所示，我们将收到编译时错误

fn main() {
    let mut spaces = "   ";
    spaces = spaces.len();
}

该错误表示我们不允许更改变量的类型

$ cargo run
   Compiling variables v0.1.0 (file:///projects/variables)
error[E0308]: mismatched types
 --> src/main.rs:3:14
  |
2 |     let mut spaces = "   ";
  |                      ----- expected due to this value
3 |     spaces = spaces.len();
  |              ^^^^^^^^^^^^ expected `&str`, found `usize`

For more information about this error, try `rustc --explain E0308`.
error: could not compile `variables` (bin "variables") due to 1 previous error

现在我们已经探讨了变量的工作方式，让我们看看它们可以拥有的更多数据类型。