使用结构体的示例程序
为了理解何时可能需要使用结构体，让我们编写一个计算矩形面积的程序。我们将从使用单个变量开始，然后重构程序，直到使用结构体。
让我们使用 Cargo 创建一个名为 *rectangles* 的新二进制项目，该项目将获取以像素为单位指定的矩形的宽度和高度，并计算矩形的面积。清单 5-8 展示了一个简短的程序，该程序在我们项目的 *src/main.rs* 中以一种方式完成了这项工作。
文件名：src/main.rs
fn main() { let width1 = 30; let height1 = 50; println!( "The area of the rectangle is {} square pixels.", area(width1, height1) ); } fn area(width: u32, height: u32) -> u32 { width * height }
清单 5-8：计算由单独的宽度和高度变量指定的矩形的面积
现在，使用 cargo run 运行此程序
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.42s
Running `target/debug/rectangles`
The area of the rectangle is 1500 square pixels.
这段代码通过使用每个维度调用 area 函数成功计算出了矩形的面积，但我们可以做更多的事情来使这段代码更加清晰易读。
这段代码的问题在 area 的签名中很明显
fn main() {
let width1 = 30;
let height1 = 50;
println!(
"The area of the rectangle is {} square pixels.",
area(width1, height1)
);
}
fn area(width: u32, height: u32) -> u32 {
width * height
}area 函数应该计算一个矩形的面积，但我们编写的函数有两个参数，并且在程序的任何地方都没有明确说明这两个参数是相关的。将宽度和高度组合在一起会更具可读性和可管理性。我们已经在第 3 章的 “元组类型” 部分讨论了一种可能的方法：使用元组。第 3 章：使用元组。
使用元组重构
清单 5-9 展示了我们程序的另一个版本，该版本使用了元组。
文件名：src/main.rs
fn main() { let rect1 = (30, 50); println!( "The area of the rectangle is {} square pixels.", area(rect1) ); } fn area(dimensions: (u32, u32)) -> u32 { dimensions.0 * dimensions.1 }
清单 5-9：使用元组指定矩形的宽度和高度
从某种程度上来说，这个程序更好。元组让我们可以添加一些结构，并且我们现在只传递一个参数。但从另一方面来说，这个版本不太清晰：元组没有为其元素命名，因此我们必须索引到元组的各个部分，这使得我们的计算不太明显。
混合宽度和高度对面积计算没有影响，但如果我们想在屏幕上绘制矩形，那就有影响了！我们必须记住 width 是元组索引 0，而 height 是元组索引 1。如果其他人要使用我们的代码，这将更难理解和记住。因为我们没有在代码中传达数据的含义，所以现在更容易引入错误。
使用结构体重构：添加更多含义
我们使用结构体通过标记数据来添加含义。我们可以将我们正在使用的元组转换为一个结构体，该结构体具有整体名称以及各个部分的名称，如清单 5-10 所示。
文件名：src/main.rs
struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let rect1 = Rectangle { width: 30, height: 50, }; println!( "The area of the rectangle is {} square pixels.", area(&rect1) ); } fn area(rectangle: &Rectangle) -> u32 { rectangle.width * rectangle.height }
清单 5-10：定义 Rectangle 结构体
在这里，我们定义了一个名为 Rectangle 的结构体。在大括号内，我们将字段定义为 width 和 height，它们都具有 u32 类型。然后，在 main 中，我们创建了一个 Rectangle 的特定实例，其宽度为 30，高度为 50。
我们的 area 函数现在定义了一个参数，我们将其命名为 rectangle，其类型是对结构体 Rectangle 实例的不可变借用。如第 4 章所述，我们希望借用结构体而不是获取其所有权。这样，main 保留其所有权并可以继续使用 rect1，这就是我们在函数签名和调用函数的地方使用 & 的原因。
area 函数访问 Rectangle 实例的 width 和 height 字段（请注意，访问借用结构体实例的字段不会移动字段值，这就是为什么您经常看到结构体的借用）。我们现在对 area 的函数签名准确地表达了我们的意思：使用 Rectangle 的 width 和 height 字段计算其面积。这传达了宽度和高度是相互关联的，并且它为值提供了描述性名称，而不是使用元组索引值 0 和 1。这对清晰度来说是一个胜利。
使用派生 trait 添加实用功能
在调试程序时，如果能够打印 Rectangle 的实例并查看其所有字段的值，那将会很有用。清单 5-11 尝试使用我们在前面章节中使用过的 println! 宏。但是，这行不通。
文件名：src/main.rs
struct Rectangle {
width: u32,
height: u32,
}
fn main() {
let rect1 = Rectangle {
width: 30,
height: 50,
};
println!("rect1 is {}", rect1);
}清单 5-11：尝试打印 Rectangle 实例
当我们编译此代码时，我们会收到一条包含此核心消息的错误
error[E0277]: `Rectangle` doesn't implement `std::fmt::Display`
println! 宏可以进行多种格式化，默认情况下，花括号告诉 println! 使用称为 Display 的格式化：用于直接面向最终用户使用的输出。到目前为止，我们看到的原始类型默认实现了 Display，因为您只想向用户显示 1 或任何其他原始类型的方式只有一种。但是对于结构体，println! 应该如何格式化输出就不那么清楚了，因为有更多显示的可能性：您是否需要逗号？您是否要打印花括号？是否应该显示所有字段？由于这种歧义，Rust 不会尝试猜测我们想要什么，并且结构体没有提供 Display 的实现以与 println! 和 {} 占位符一起使用。
如果我们继续阅读错误，我们会发现这条有用的提示
= help: the trait `std::fmt::Display` is not implemented for `Rectangle`
= note: in format strings you may be able to use `{:?}` (or {:#?} for pretty-print) instead
让我们试试吧！println! 宏调用现在看起来像 println!("rect1 is {:?}", rect1);。将说明符 :? 放在花括号内告诉 println! 我们要使用一种称为 Debug 的输出格式。Debug trait 使我们能够以对开发人员有用的方式打印我们的结构体，以便我们可以在调试代码时查看其值。
使用此更改编译代码。糟糕！我们仍然收到错误
error[E0277]: `Rectangle` doesn't implement `Debug`
但是，编译器再次给了我们一条有用的提示
= help: the trait `Debug` is not implemented for `Rectangle`
= note: add `#[derive(Debug)]` to `Rectangle` or manually `impl Debug for Rectangle`
Rust 确实 包含打印调试信息的函数，但我们必须明确选择加入才能使该函数可用于我们的结构体。为此，我们在结构体定义之前添加外部属性 #[derive(Debug)]，如清单 5-12 所示。
文件名：src/main.rs
#[derive(Debug)] struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let rect1 = Rectangle { width: 30, height: 50, }; println!("rect1 is {rect1:?}"); }
清单 5-12：添加属性以派生 Debug trait 并使用调试格式打印 Rectangle 实例
现在，当我们运行程序时，我们将不会收到任何错误，并且我们将看到以下输出
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.48s
Running `target/debug/rectangles`
rect1 is Rectangle { width: 30, height: 50 }
不错！这不是最漂亮的输出，但它显示了此实例的所有字段的值，这在调试期间肯定会有所帮助。当我们有更大的结构体时，拥有更易于阅读的输出会很有用；在这些情况下，我们可以在 println! 字符串中使用 {:#?} 而不是 {:?}。在此示例中，使用 {:#?} 样式将输出以下内容
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.48s
Running `target/debug/rectangles`
rect1 is Rectangle {
width: 30,
height: 50,
}
使用 Debug 格式打印值的另一种方法是使用 dbg! 宏，它获取表达式的所有权（与获取引用的 println! 相反），打印代码中 dbg! 宏调用所在的文件和行号以及该表达式的结果值，并返回该值的所有权。
注意：调用
dbg!宏会打印到标准错误控制台流 (stderr)，而不是打印到标准输出控制台流 (stdout) 的println!。我们将在第 12 章的“将错误消息写入标准错误而不是标准输出”部分中详细讨论stderr和stdout.
这是一个示例，我们对分配给 width 字段的值以及 rect1 中整个结构体的值感兴趣
#[derive(Debug)] struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let scale = 2; let rect1 = Rectangle { width: dbg!(30 * scale), height: 50, }; dbg!(&rect1); }
我们可以将 dbg! 放在表达式 30 * scale 周围，并且由于 dbg! 返回表达式值的所有权，因此 width 字段将获得与我们没有 dbg! 调用时相同的值。我们不希望 dbg! 获取 rect1 的所有权，因此我们在下一次调用中使用对 rect1 的引用。以下是此示例的输出
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.61s
Running `target/debug/rectangles`
[src/main.rs:10:16] 30 * scale = 60
[src/main.rs:14:5] &rect1 = Rectangle {
width: 60,
height: 50,
}
我们可以看到第一部分输出来自 src/main.rs 第 10 行，我们正在调试表达式 30 * scale，其结果值为 60（为整数实现的 Debug 格式是仅打印其值）。src/main.rs 第 14 行的 dbg! 调用输出 &rect1 的值，它是 Rectangle 结构体。此输出使用 Rectangle 类型的漂亮 Debug 格式。当您试图弄清楚您的代码在做什么时，dbg! 宏真的很有帮助！
除了 Debug trait 之外，Rust 还提供了一些 trait 供我们与 derive 属性一起使用，这些 trait 可以为我们的自定义类型添加有用的行为。这些 trait 及其行为在附录 C中列出。我们将在第 10 章介绍如何使用自定义行为实现这些 trait 以及如何创建您自己的 trait。除了 derive 之外，还有许多其他属性；有关更多信息，请参阅Rust 参考的“属性”部分。
我们的 area 函数非常具体：它只计算矩形的面积。将此行为与我们的 Rectangle 结构体更紧密地联系起来会很有帮助，因为它不适用于任何其他类型。让我们看看如何通过将 area 函数转换为在我们的 Rectangle 类型上定义的 area 方法 来继续重构此代码。