运算符表达式

^语法
OperatorExpression :
      BorrowExpression
   | 解引用表达式
   | 错误传播表达式
   | 取反表达式
   | 算术或逻辑表达式
   | 比较表达式
   | 惰性布尔表达式
   | 类型转换表达式
   | 赋值表达式
   | 复合赋值表达式

Rust 语言为内置类型定义了运算符。许多以下运算符也可以使用 std::ops 或 std::cmp 中的 trait 进行重载。

溢出

在调试模式下编译时，整数运算符溢出时会发生 panic。可以使用 -C debug-assertions 和 -C overflow-checks 编译器标志来更直接地控制它。以下情况被认为是溢出

• 当 +、* 或二进制 - 创建的值大于最大值，或小于可以存储的最小值时。
• 将一元 - 应用于任何有符号整数类型的最小负值，除非操作数是 字面量表达式 (或单独位于一个或多个 分组表达式 中的字面量表达式)。
• 使用 / 或 %，其中左侧参数是有符号整数类型的最小整数，右侧参数是 -1。即使禁用 -C overflow-checks，也会出于历史原因进行这些检查。
• 使用 << 或 >>，其中右侧参数大于或等于左侧参数类型中的位数，或为负数。

注意：一元 - 后面的字面量表达式的例外情况意味着诸如 -128_i8 或 let j: i8 = -(128) 的形式永远不会导致 panic，并且具有预期的值 -128。

在这些情况下，字面量表达式已经具有其类型的最小负值（例如，128_i8 的值为 -128），因为根据 整数字面量表达式 中的描述，整数字面量被截断为其类型。

由于二进制补码溢出约定，这些最小负值的取反会使值保持不变。

在 rustc 中，这些最小负表达式也会被 overflowing_literals lint 检查忽略。

借用运算符

^语法
BorrowExpression :
      (&|&&) 表达式
   | (&|&&) mut 表达式
   | (&|&&) raw const 表达式
   | (&|&&) raw mut 表达式

& (共享借用) 和 &mut (可变借用) 运算符是一元前缀运算符。当应用于 位置表达式 时，此表达式会生成对该值引用的位置的引用（指针）。在引用的持续时间内，内存位置也处于借用状态。对于共享借用 (&)，这意味着位置可能不会被修改，但可以被读取或再次共享。对于可变借用 (&mut)，在该借用过期之前，不得以任何方式访问该位置。&mut 在可变位置表达式上下文中计算其操作数。如果 & 或 &mut 运算符应用于 值表达式，则会创建一个 临时值。

这些运算符不能被重载。

#![allow(unused)]
fn main() {
{
    // a temporary with value 7 is created that lasts for this scope.
    let shared_reference = &7;
}
let mut array = [-2, 3, 9];
{
    // Mutably borrows `array` for this scope.
    // `array` may only be used through `mutable_reference`.
    let mutable_reference = &mut array;
}
}

即使 && 是一个单独的标记（惰性 ‘and’ 运算符），当在借用表达式的上下文中使用时，它的作用类似于两个借用

#![allow(unused)]
fn main() {
// same meanings:
let a = &&  10;
let a = & & 10;

// same meanings:
let a = &&&&  mut 10;
let a = && && mut 10;
let a = & & & & mut 10;
}

原始借用运算符

&raw const 和 &raw mut 是 原始借用运算符。这些运算符的操作数表达式在位置表达式上下文中计算。然后，&raw const expr 会创建一个指向给定位置的类型为 *const T 的 const 原始指针，而 &raw mut expr 会创建一个类型为 *mut T 的可变原始指针。

每当位置表达式可能计算为未正确对齐或未按照其类型确定的方式存储有效值的位置时，或者每当创建引用会引入不正确的别名假设时，都必须使用原始借用运算符而不是借用运算符。在这些情况下，使用借用运算符将通过创建无效的引用而导致未定义行为，但仍然可以构造原始指针。

以下是通过 packed 结构创建指向未对齐位置的原始指针的示例

#![allow(unused)]
fn main() {
#[repr(packed)]
struct Packed {
    f1: u8,
    f2: u16,
}

let packed = Packed { f1: 1, f2: 2 };
// `&packed.f2` would create an unaligned reference, and thus be undefined behavior!
let raw_f2 = &raw const packed.f2;
assert_eq!(unsafe { raw_f2.read_unaligned() }, 2);
}

以下是创建指向不包含有效值的位置的原始指针的示例

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::mem::MaybeUninit;

struct Demo {
    field: bool,
}

let mut uninit = MaybeUninit::<Demo>::uninit();
// `&uninit.as_mut().field` would create a reference to an uninitialized `bool`,
// and thus be undefined behavior!
let f1_ptr = unsafe { &raw mut (*uninit.as_mut_ptr()).field };
unsafe { f1_ptr.write(true); }
let init = unsafe { uninit.assume_init() };
}

解引用运算符

^语法
DereferenceExpression :
   * 表达式

* (解引用) 运算符也是一元前缀运算符。当应用于指针时，它表示指向的位置。如果表达式的类型为 &mut T 或 *mut T，并且是局部变量、局部变量的（嵌套）字段或可变的位置表达式，则可以为结果内存位置赋值。解引用原始指针需要 unsafe。

在非指针类型上，*x 在不可变位置表达式上下文中等效于 *std::ops::Deref::deref(&x)，在可变位置表达式上下文中等效于 *std::ops::DerefMut::deref_mut(&mut x)。

#![allow(unused)]
fn main() {
let x = &7;
assert_eq!(*x, 7);
let y = &mut 9;
*y = 11;
assert_eq!(*y, 11);
}

问号运算符

^语法
ErrorPropagationExpression :
   表达式 ?

问号运算符 (?) 展开有效值或返回错误值，将其传播到调用函数。它是一元后缀运算符，只能应用于类型 Result<T, E> 和 Option<T>。

当应用于 Result<T, E> 类型的值时，它会传播错误。如果值为 Err(e)，则它将从封闭函数或闭包返回 Err(From::from(e))。如果应用于 Ok(x)，则它将展开该值以求值为 x。

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::num::ParseIntError;
fn try_to_parse() -> Result<i32, ParseIntError> {
    let x: i32 = "123".parse()?; // x = 123
    let y: i32 = "24a".parse()?; // returns an Err() immediately
    Ok(x + y)                    // Doesn't run.
}

let res = try_to_parse();
println!("{:?}", res);
assert!(res.is_err())
}

当应用于 Option<T> 类型的值时，它会传播 None。如果值为 None，则它将返回 None。如果应用于 Some(x)，则它将展开该值以求值为 x。

#![allow(unused)]
fn main() {
fn try_option_some() -> Option<u8> {
    let val = Some(1)?;
    Some(val)
}
assert_eq!(try_option_some(), Some(1));

fn try_option_none() -> Option<u8> {
    let val = None?;
    Some(val)
}
assert_eq!(try_option_none(), None);
}

? 不能被重载。

取反运算符

^语法
NegationExpression :
      - 表达式
   | ! 表达式

这是最后两个一元运算符。下表总结了它们在原始类型上的行为，以及使用哪些 trait 来为其他类型重载这些运算符。请记住，有符号整数始终使用二进制补码表示。所有这些运算符的操作数都在值表达式上下文中求值，因此会被移动或复制。

* 仅适用于有符号整数类型。

以下是一些这些运算符的示例

#![allow(unused)]
fn main() {
let x = 6;
assert_eq!(-x, -6);
assert_eq!(!x, -7);
assert_eq!(true, !false);
}

算术和逻辑二元运算符

^语法
ArithmeticOrLogicalExpression :
      表达式 + 表达式
   | 表达式 - 表达式
   | 表达式 * 表达式
   | 表达式 / 表达式
   | 表达式 % 表达式
   | 表达式 & 表达式
   | 表达式 | 表达式
   | 表达式 ^ 表达式
   | 表达式 << 表达式
   | 表达式 >> 表达式

二元运算符表达式都使用中缀表示法编写。下表总结了算术和逻辑二元运算符在原始类型上的行为，以及使用哪些 trait 来为其他类型重载这些运算符。请记住，有符号整数始终使用二进制补码表示。所有这些运算符的操作数都在值表达式上下文中求值，因此会被移动或复制。

* 整数除法向零舍入。

** Rust 使用截断除法定义的余数。给定 remainder = dividend % divisor，余数将与被除数具有相同的符号。

*** 有符号整数类型上的算术右移，无符号整数类型上的逻辑右移。

† 对于整数类型，除以零会 panic。

以下是使用这些运算符的一些示例。

#![allow(unused)]
fn main() {
assert_eq!(3 + 6, 9);
assert_eq!(5.5 - 1.25, 4.25);
assert_eq!(-5 * 14, -70);
assert_eq!(14 / 3, 4);
assert_eq!(100 % 7, 2);
assert_eq!(0b1010 & 0b1100, 0b1000);
assert_eq!(0b1010 | 0b1100, 0b1110);
assert_eq!(0b1010 ^ 0b1100, 0b110);
assert_eq!(13 << 3, 104);
assert_eq!(-10 >> 2, -3);
}

比较运算符

^语法
ComparisonExpression :
      表达式 == 表达式
   | 表达式 != 表达式
   | 表达式 > 表达式
   | 表达式 < 表达式
   | 表达式 >= 表达式
   | 表达式 <= 表达式

比较运算符也为原始类型和标准库中的许多类型定义。当链接比较运算符时，需要使用括号。例如，表达式 a == b == c 是无效的，可以写成 (a == b) == c。

与算术和逻辑运算符不同，这些运算符的重载 trait 更普遍地用于展示一个类型如何被比较，并且可能会被假设为定义了使用这些 trait 作为边界的函数的实际比较。标准库中的许多函数和宏都可以使用这个假设（虽然不能保证安全性）。与上面的算术和逻辑运算符不同，这些运算符隐式地获取其操作数的共享借用，并在 位置表达式上下文中对其进行求值。

#![allow(unused)]
fn main() {
let a = 1;
let b = 1;
a == b;
// is equivalent to
::std::cmp::PartialEq::eq(&a, &b);
}

这意味着操作数不必移出。

以下是比较运算符的使用示例。

#![allow(unused)]
fn main() {
assert!(123 == 123);
assert!(23 != -12);
assert!(12.5 > 12.2);
assert!([1, 2, 3] < [1, 3, 4]);
assert!('A' <= 'B');
assert!("World" >= "Hello");
}

惰性布尔运算符

^语法
LazyBooleanExpression :
      表达式 || 表达式
   | 表达式 && 表达式

运算符 || 和 && 可以应用于布尔类型的操作数。|| 运算符表示逻辑“或”，而 && 运算符表示逻辑“与”。它们与 | 和 & 的区别在于，只有当左侧操作数尚未确定表达式的结果时，才会对右侧操作数进行求值。也就是说，只有当左侧操作数求值为 false 时，|| 才会对其右侧操作数进行求值，而只有当左侧操作数求值为 true 时，&& 才会对其右侧操作数进行求值。

#![allow(unused)]
fn main() {
let x = false || true; // true
let y = false && panic!(); // false, doesn't evaluate `panic!()`
}

类型转换表达式

^语法
TypeCastExpression :
   表达式 as TypeNoBounds

类型转换表达式用二元运算符 as 表示。

执行 as 表达式会将左侧的值转换为右侧的类型。

一个 as 表达式的例子

#![allow(unused)]
fn main() {
fn sum(values: &[f64]) -> f64 { 0.0 }
fn len(values: &[f64]) -> i32 { 0 }
fn average(values: &[f64]) -> f64 {
    let sum: f64 = sum(values);
    let size: f64 = len(values) as f64;
    sum / size
}
}

as 可用于显式执行强制转换，以及以下附加转换。任何不符合强制规则或表中条目的转换都是编译器错误。这里 *T 表示 *const T 或 *mut T。m 代表引用类型中的可选 mut 以及指针类型中的 mut 或 const。

* 或 T 和 V 是兼容的未确定大小类型，例如，都是切片，都是相同的 trait 对象。

** 仅当 m₁ 是 mut 或 m₂ 是 const 时。允许将 mut 引用转换为 const 指针。

*** 仅适用于不捕获（关闭）任何局部变量的闭包

语义

数值转换

• 在两个大小相同的整数之间进行转换（例如，i32 -> u32）是一个空操作（Rust 对固定整数的负值使用 2 的补码）

  #![allow(unused)]
  fn main() {
  assert_eq!(42i8 as u8, 42u8);
  assert_eq!(-1i8 as u8, 255u8);
  assert_eq!(255u8 as i8, -1i8);
  assert_eq!(-1i16 as u16, 65535u16);
  }

• 从较大的整数转换为较小的整数（例如，u32 -> u8）将截断

  #![allow(unused)]
  fn main() {
  assert_eq!(42u16 as u8, 42u8);
  assert_eq!(1234u16 as u8, 210u8);
  assert_eq!(0xabcdu16 as u8, 0xcdu8);
  
  assert_eq!(-42i16 as i8, -42i8);
  assert_eq!(1234u16 as i8, -46i8);
  assert_eq!(0xabcdi32 as i8, -51i8);
  }

• 从较小的整数转换为较大的整数（例如，u8 -> u32）将

  • 如果源是无符号的，则零扩展
  • 如果源是有符号的，则符号扩展

  #![allow(unused)]
  fn main() {
  assert_eq!(42i8 as i16, 42i16);
  assert_eq!(-17i8 as i16, -17i16);
  assert_eq!(0b1000_1010u8 as u16, 0b0000_0000_1000_1010u16, "Zero-extend");
  assert_eq!(0b0000_1010i8 as i16, 0b0000_0000_0000_1010i16, "Sign-extend 0");
  assert_eq!(0b1000_1010u8 as i8 as i16, 0b1111_1111_1000_1010u16 as i16, "Sign-extend 1");
  }

• 从浮点数转换为整数会将浮点数向零舍入

  • NaN 将返回 0
  • 大于最大整数值（包括 INFINITY）的值将饱和到整数类型的最大值。
  • 小于最小整数值（包括 NEG_INFINITY）的值将饱和到整数类型的最小值。

  #![allow(unused)]
  fn main() {
  assert_eq!(42.9f32 as i32, 42);
  assert_eq!(-42.9f32 as i32, -42);
  assert_eq!(42_000_000f32 as i32, 42_000_000);
  assert_eq!(std::f32::NAN as i32, 0);
  assert_eq!(1_000_000_000_000_000f32 as i32, 0x7fffffffi32);
  assert_eq!(std::f32::NEG_INFINITY as i32, -0x80000000i32);
  }

• 从整数转换为浮点数将产生最接近可能的浮点数 *

  • 如有必要，舍入将根据 roundTiesToEven 模式进行 ***
  • 在溢出时，会产生无穷大（与输入符号相同）
  • 注意：对于当前的一组数值类型，溢出只能在 u128 as f32 上发生，值大于或等于 f32::MAX + (0.5 ULP)

  #![allow(unused)]
  fn main() {
  assert_eq!(1337i32 as f32, 1337f32);
  assert_eq!(123_456_789i32 as f32, 123_456_790f32, "Rounded");
  assert_eq!(0xffffffff_ffffffff_ffffffff_ffffffff_u128 as f32, std::f32::INFINITY);
  }

• 从 f32 转换为 f64 是完美的，没有损失

  #![allow(unused)]
  fn main() {
  assert_eq!(1_234.5f32 as f64, 1_234.5f64);
  assert_eq!(std::f32::INFINITY as f64, std::f64::INFINITY);
  assert!((std::f32::NAN as f64).is_nan());
  }

• 从 f64 转换为 f32 将产生最接近可能的 f32 **

  • 如有必要，舍入将根据 roundTiesToEven 模式进行 ***
  • 在溢出时，会产生无穷大（与输入符号相同）

  #![allow(unused)]
  fn main() {
  assert_eq!(1_234.5f64 as f32, 1_234.5f32);
  assert_eq!(1_234_567_891.123f64 as f32, 1_234_567_890f32, "Rounded");
  assert_eq!(std::f64::INFINITY as f32, std::f32::INFINITY);
  assert!((std::f64::NAN as f32).is_nan());
  }

* 如果硬件不支持具有此舍入模式和溢出行为的整数到浮点数转换，则这些转换可能会比预期的慢。

** 如果硬件不支持具有此舍入模式和溢出行为的 f64 到 f32 转换，则这些转换可能会比预期的慢。

*** 如 IEEE 754-2008 §4.3.1 中定义：选择最接近的浮点数，如果正好位于两个浮点数中间，则优先选择具有偶数最低有效位的浮点数。

枚举转换

将枚举转换为其判别式，然后如果需要，使用数值转换。转换仅限于以下类型的枚举

• 仅单位枚举
• 没有显式判别式的 无字段枚举，或者只有单位变体具有显式判别式

#![allow(unused)]
fn main() {
enum Enum { A, B, C }
assert_eq!(Enum::A as i32, 0);
assert_eq!(Enum::B as i32, 1);
assert_eq!(Enum::C as i32, 2);
}

原始类型到整数转换

• false 转换为 0，true 转换为 1
• char 转换为代码点的值，然后如果需要，使用数值转换。

#![allow(unused)]
fn main() {
assert_eq!(false as i32, 0);
assert_eq!(true as i32, 1);
assert_eq!('A' as i32, 65);
assert_eq!('Ö' as i32, 214);
}

u8 到 char 转换

转换为具有相应代码点的 char。

#![allow(unused)]
fn main() {
assert_eq!(65u8 as char, 'A');
assert_eq!(214u8 as char, 'Ö');
}

指针到地址转换

从原始指针转换为整数会产生所引用内存的机器地址。如果整数类型小于指针类型，则地址可能会被截断；使用 usize 可以避免这种情况。

地址到指针转换

从整数转换为原始指针会将整数解释为内存地址，并生成一个指向该内存的指针。

健全地址算术的一个简单示例

#![allow(unused)]
fn main() {
let mut values: [i32; 2] = [1, 2];
let p1: *mut i32 = values.as_mut_ptr();
let first_address = p1 as usize;
let second_address = first_address + 4; // 4 == size_of::<i32>()
let p2 = second_address as *mut i32;
unsafe {
    *p2 += 1;
}
assert_eq!(values[1], 3);
}

指针到指针转换

*const T / *mut T 可以转换为 *const U / *mut U，具有以下行为

• 如果 T 和 U 都是确定大小的，则指针将原样返回。

• 如果 T 和 U 都是未确定大小的，则指针也将原样返回。特别是，元数据会完全保留。

  例如，从 *const [T] 到 *const [U] 的转换会保留元素的数量。请注意，因此，此类转换不一定会保留指针所指对象的大小（例如，将 *const [u16] 转换为 *const [u8] 将导致一个指向原始对象一半大小的对象的原始指针）。str 以及任何未确定大小的尾部是切片类型的复合类型（例如 struct Foo(i32, [u8]) 或 (u64, Foo)）也是如此。

• 如果 T 是未确定大小的，而 U 是确定大小的，则转换会丢弃所有完成宽指针 T 的元数据，并生成一个由未确定大小指针的数据部分组成的瘦指针 U。

赋值表达式

^语法
AssignmentExpression :
   表达式 = 表达式

赋值表达式 将值移动到指定的位置。

赋值表达式由可变的被赋值表达式（被赋值的操作数）组成，后跟等号 (=) 和一个 值表达式（被赋值的值操作数）。在其最基本的形式中，被赋值表达式是一个位置表达式，我们首先讨论这种情况。下面讨论解构赋值的更一般情况，但这种情况总是分解为对位置表达式的顺序赋值，这可以被认为是更基本的情况。

基本赋值

评估赋值表达式首先评估其操作数。首先评估被赋值的值操作数，然后是被赋值表达式。对于解构赋值，被赋值表达式的子表达式从左到右评估。

注意：这与其他表达式的不同之处在于，右操作数在左操作数之前评估。

然后，它首先drop被赋值位置的值，除非该位置是未初始化的局部变量或局部变量的未初始化字段。接下来，它将复制或移动被赋值的值到被赋值的位置。

赋值表达式始终产生单位值。

示例

#![allow(unused)]
fn main() {
let mut x = 0;
let y = 0;
x = y;
}

解构赋值

解构赋值是解构模式匹配在变量声明中的对应操作，允许赋值给复杂的值，例如元组或结构体。例如，我们可以交换两个可变变量

#![allow(unused)]
fn main() {
let (mut a, mut b) = (0, 1);
// Swap `a` and `b` using destructuring assignment.
(b, a) = (a, b);
}

与使用let的解构声明不同，由于语法歧义，模式不能出现在赋值的左侧。相反，一组与模式对应的表达式被指定为被赋值表达式，并且允许出现在赋值的左侧。被赋值表达式随后被解糖为模式匹配，然后是顺序赋值。解糖后的模式必须是不可反驳的：特别是，这意味着只有在编译时长度已知的切片模式，以及平凡的切片[..]，才允许用于解构赋值。

解糖方法很简单，最好用例子来说明。

#![allow(unused)]
fn main() {
struct Struct { x: u32, y: u32 }
let (mut a, mut b) = (0, 0);
(a, b) = (3, 4);

[a, b] = [3, 4];

Struct { x: a, y: b } = Struct { x: 3, y: 4};

// desugars to:

{
    let (_a, _b) = (3, 4);
    a = _a;
    b = _b;
}

{
    let [_a, _b] = [3, 4];
    a = _a;
    b = _b;
}

{
    let Struct { x: _a, y: _b } = Struct { x: 3, y: 4};
    a = _a;
    b = _b;
}
}

在单个被赋值表达式中，标识符不被禁止多次使用。

下划线表达式和空的范围表达式可以用来忽略某些值，而不绑定它们。

请注意，默认的绑定模式不适用于解糖后的表达式。

复合赋值表达式

^语法
复合赋值表达式 :
      表达式 += 表达式
   | 表达式 -= 表达式
   | 表达式 *= 表达式
   | 表达式 /= 表达式
   | 表达式 %= 表达式
   | 表达式 &= 表达式
   | 表达式 |= 表达式
   | 表达式 ^= 表达式
   | 表达式 <<= 表达式
   | 表达式 >>= 表达式

复合赋值表达式将算术和逻辑二元运算符与赋值表达式结合在一起。

例如

#![allow(unused)]
fn main() {
let mut x = 5;
x += 1;
assert!(x == 6);
}

复合赋值的语法是一个可变的位置表达式，即被赋值的操作数，然后是运算符之一，后跟一个作为单个标记（没有空格）的 =，然后是一个值表达式，即修改的操作数。

与其他位置操作数不同，被赋值的位置操作数必须是位置表达式。尝试使用值表达式是一个编译器错误，而不是将其提升为临时值。

复合赋值表达式的求值取决于运算符的类型。

如果两个类型都是基本类型，则将首先评估修改的操作数，然后再评估被赋值的操作数。然后，它会将分配的操作数的位置的值设置为对分配的操作数和修改的操作数的值执行运算符操作的值。

注意：这与其他表达式的不同之处在于，右操作数在左操作数之前评估。

否则，此表达式是调用运算符的重载复合赋值 trait 的函数的语法糖（请参见本章前面的表格）。会自动获取被赋值的操作数的可变借用。

例如，example 中的以下表达式语句是等效的

#![allow(unused)]
fn main() {
struct Addable;
use std::ops::AddAssign;

impl AddAssign<Addable> for Addable {
    /* */
fn add_assign(&mut self, other: Addable) {}
}

fn example() {
let (mut a1, a2) = (Addable, Addable);
  a1 += a2;

let (mut a1, a2) = (Addable, Addable);
  AddAssign::add_assign(&mut a1, a2);
}
}

与赋值表达式一样，复合赋值表达式始终产生单元值。