定义枚举
结构体为你提供了一种将相关字段和数据分组在一起的方法，例如具有 width 和 height 的 Rectangle，而枚举为你提供了一种表示值是可能值集合中的一种的方法。例如，我们可能想说 Rectangle 是一组可能形状中的一种，其中还包括 Circle 和 Triangle。为此，Rust 允许我们将这些可能性编码为枚举。
让我们看一个我们可能想在代码中表达的情况，看看为什么枚举在这种情况下比结构体更有用、更合适。假设我们需要处理 IP 地址。目前，IP 地址使用两种主要标准：版本四和版本六。因为这些是我们程序将遇到的 IP 地址的唯一可能性，所以我们可以_枚举_所有可能的变体，这就是枚举名称的由来。
任何 IP 地址都可以是版本四地址或版本六地址，但不能同时是两者。IP 地址的这一特性使得枚举数据结构非常合适，因为枚举值只能是其变体之一。版本四和版本六地址从根本上来说仍然是 IP 地址，因此当代码处理适用于任何类型 IP 地址的情况时，它们应该被视为相同类型。
我们可以通过定义一个 IpAddrKind 枚举并列出 IP 地址可能的类型（V4 和 V6）来在代码中表达这个概念。这些是枚举的变体。
enum IpAddrKind { V4, V6, } fn main() { let four = IpAddrKind::V4; let six = IpAddrKind::V6; route(IpAddrKind::V4); route(IpAddrKind::V6); } fn route(ip_kind: IpAddrKind) {}
IpAddrKind 现在是一个自定义数据类型，我们可以在代码的其他地方使用它。
枚举值
我们可以像这样创建 IpAddrKind 的两个变体中的每一个的实例：
enum IpAddrKind { V4, V6, } fn main() { let four = IpAddrKind::V4; let six = IpAddrKind::V6; route(IpAddrKind::V4); route(IpAddrKind::V6); } fn route(ip_kind: IpAddrKind) {}
请注意，枚举的变体在其标识符下命名空间，我们使用双冒号分隔两者。这很有用，因为现在值 IpAddrKind::V4 和 IpAddrKind::V6 都是相同的类型：IpAddrKind。例如，我们可以定义一个接受任何 IpAddrKind 的函数：
enum IpAddrKind { V4, V6, } fn main() { let four = IpAddrKind::V4; let six = IpAddrKind::V6; route(IpAddrKind::V4); route(IpAddrKind::V6); } fn route(ip_kind: IpAddrKind) {}
我们可以使用任何一个变体调用此函数：
enum IpAddrKind { V4, V6, } fn main() { let four = IpAddrKind::V4; let six = IpAddrKind::V6; route(IpAddrKind::V4); route(IpAddrKind::V6); } fn route(ip_kind: IpAddrKind) {}
使用枚举还有更多优点。进一步思考我们的 IP 地址类型，目前我们还没有办法存储实际的 IP 地址_数据_；我们只知道它是哪种_类型_。鉴于你刚刚在第 5 章中学习了结构体，你可能会尝试使用代码清单 6-1 中所示的结构体来解决这个问题。
fn main() { enum IpAddrKind { V4, V6, } struct IpAddr { kind: IpAddrKind, address: String, } let home = IpAddr { kind: IpAddrKind::V4, address: String::from("127.0.0.1"), }; let loopback = IpAddr { kind: IpAddrKind::V6, address: String::from("::1"), }; }
代码清单 6-1：使用 struct 存储 IP 地址的数据和 IpAddrKind 变体
在这里，我们定义了一个结构体 IpAddr，它有两个字段：一个类型为 IpAddrKind（我们之前定义的枚举）的 kind 字段和一个类型为 String 的 address 字段。我们有两个这个结构体的实例。第一个是 home，它的 kind 值为 IpAddrKind::V4，关联的地址数据为 127.0.0.1。第二个实例是 loopback。它的 kind 值为 IpAddrKind 的另一个变体 V6，关联的地址为 ::1。我们使用结构体将 kind 和 address 值捆绑在一起，因此现在变体与值相关联。
但是，仅使用枚举来表示相同的概念更为简洁：我们可以将数据直接放入每个枚举变体中，而不是将枚举放在结构体中。IpAddr 枚举的这个新定义表明 V4 和 V6 变体都将具有关联的 String 值：
fn main() { enum IpAddr { V4(String), V6(String), } let home = IpAddr::V4(String::from("127.0.0.1")); let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1")); }
我们将数据直接附加到枚举的每个变体，因此不需要额外的结构体。在这里，还可以更容易地看到枚举工作原理的另一个细节：我们定义的每个枚举变体的名称也成为构造枚举实例的函数。也就是说，IpAddr::V4() 是一个函数调用，它接受一个 String 参数并返回一个 IpAddr 类型的实例。由于定义了枚举，我们自动获得了这个构造函数定义。
使用枚举而不是结构体还有另一个优点：每个变体可以具有不同的类型和数量的关联数据。版本四 IP 地址将始终具有四个数值组件，其值介于 0 到 255 之间。如果我们想将 V4 地址存储为四个 u8 值，但仍将 V6 地址表示为一个 String 值，那么我们无法使用结构体来实现。枚举可以轻松处理这种情况：
fn main() { enum IpAddr { V4(u8, u8, u8, u8), V6(String), } let home = IpAddr::V4(127, 0, 0, 1); let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1")); }
我们已经展示了几种不同的方法来定义数据结构来存储版本四和版本六 IP 地址。但是，事实证明，想要存储 IP 地址并编码它们的类型非常普遍，以至于标准库有一个我们可以使用的定义！让我们看看标准库如何定义 IpAddr：它具有我们定义和使用的确切枚举和变体，但它以两个不同结构体的形式将地址数据嵌入到变体中，这两个结构体针对每个变体定义不同：
#![allow(unused)] fn main() { struct Ipv4Addr { // --snip-- } struct Ipv6Addr { // --snip-- } enum IpAddr { V4(Ipv4Addr), V6(Ipv6Addr), } }
这段代码说明了您可以在枚举变量中放入任何类型的数据：例如字符串、数字类型或结构体。您甚至可以包含另一个枚举！ 此外，标准库类型通常不会比您想出的类型复杂多少。
请注意，即使标准库包含 IpAddr 的定义，我们仍然可以创建和使用我们自己的定义而不会发生冲突，因为我们没有将标准库的定义引入我们的作用域。我们将在第 7 章中详细讨论将类型引入作用域。
让我们看一下清单 6-2 中另一个枚举的例子：这个枚举在其变量中嵌入了各种类型。
enum Message { Quit, Move { x: i32, y: i32 }, Write(String), ChangeColor(i32, i32, i32), } fn main() {}
清单 6-2：一个 Message 枚举，其变量各自存储不同数量和类型的值
此枚举有四个具有不同类型的变量
Quit根本没有任何数据与其关联。Move具有命名字段，就像结构体一样。Write包含单个String。ChangeColor包含三个i32值。
使用清单 6-2 中的变量定义枚举类似于定义不同类型的结构体定义，只是枚举不使用 struct 关键字，并且所有变量都分组在 Message 类型下。以下结构体可以保存与前面的枚举变量相同的数据
struct QuitMessage; // unit struct struct MoveMessage { x: i32, y: i32, } struct WriteMessage(String); // tuple struct struct ChangeColorMessage(i32, i32, i32); // tuple struct fn main() {}
但是，如果我们使用不同的结构体（每个结构体都有自己的类型），我们就不能像使用清单 6-2 中定义的 Message 枚举（它是单一类型）那样轻松地定义一个函数来接受任何这些类型的消息。
枚举和结构体之间还有一个相似之处：正如我们能够使用 impl 在结构体上定义方法一样，我们也能够在枚举上定义方法。这是我们可以在 Message 枚举上定义的名为 call 的方法
fn main() { enum Message { Quit, Move { x: i32, y: i32 }, Write(String), ChangeColor(i32, i32, i32), } impl Message { fn call(&self) { // method body would be defined here } } let m = Message::Write(String::from("hello")); m.call(); }
方法的主体将使用 self 来获取我们调用该方法的值。在这个例子中，我们创建了一个变量 m，它的值是 Message::Write(String::from("hello"))，这就是 m.call() 运行时 call 方法主体中的 self。
让我们看一下标准库中另一个非常常见和有用的枚举：Option。
Option 枚举及其相对于空值的优势
本节探讨了一个 Option 的案例研究，它是标准库定义的另一个枚举。Option 类型编码了一种非常常见的情况，即一个值可以是某个值，也可以是什么都没有。
例如，如果您请求非空列表中的第一个项目，您将获得一个值。如果您请求空列表中的第一个项目，您将一无所获。用类型系统来表达这个概念意味着编译器可以检查您是否处理了所有应该处理的情况；此功能可以防止在其他编程语言中极其常见的错误。
编程语言设计通常考虑的是您包含哪些功能，但您排除的功能也很重要。Rust 没有许多其他语言具有的空值功能。*空值* 是一个表示那里没有值的值。在具有空值的语言中，变量始终可以处于两种状态之一：空值或非空值。
Tony Hoare 是空值的创造者，他在 2009 年的演讲“空引用：十亿美元的错误”中这样说道
我称之为我的十亿美元错误。当时，我正在为面向对象语言中的引用设计第一个全面的类型系统。我的目标是确保所有引用的使用都是绝对安全的，并由编译器自动执行检查。但我无法抗拒放入空引用的诱惑，因为它实现起来太容易了。这导致了无数的错误、漏洞和系统崩溃，在过去四十年中可能造成高达十亿美元的痛苦和损失。
空值的问题在于，如果您尝试将空值用作非空值，您将收到某种错误。因为这种空值或非空值属性无处不在，所以很容易犯这种错误。
然而，空值试图表达的概念仍然是一个有用的概念：空值是由于某种原因当前无效或不存在的值。
问题不在于概念本身，而在于具体的实现。因此，Rust 没有空值，但它确实有一个枚举可以编码值存在或不存在的概念。这个枚举是 Option<T>，它是由标准库定义的如下
#![allow(unused)] fn main() { enum Option<T> { None, Some(T), } }
Option<T> 枚举非常有用，它甚至包含在序言中；您不需要显式地将其引入作用域。它的变量也包含在序言中：您可以直接使用 Some 和 None，而无需使用 Option:: 前缀。Option<T> 枚举仍然只是一个普通的枚举，而 Some(T) 和 None 仍然是 Option<T> 类型的变量。
<T> 语法是我们尚未讨论过的 Rust 的一个特性。它是一个泛型类型参数，我们将在第 10 章中更详细地介绍泛型。现在，您只需要知道 <T> 意味着 Option 枚举的 Some 变量可以保存任何类型的一段数据，并且每个用于代替 T 的具体类型都会使整个 Option<T> 类型成为不同的类型。以下是一些使用 Option 值来保存数字类型和字符串类型的示例
fn main() { let some_number = Some(5); let some_char = Some('e'); let absent_number: Option<i32> = None; }
some_number 的类型是 Option<i32>。some_char 的类型是 Option<char>，这是一个不同的类型。Rust 可以推断出这些类型，因为我们在 Some 变量中指定了一个值。对于 absent_number，Rust 要求我们注释整个 Option 类型：编译器无法仅通过查看 None 值来推断相应的 Some 变量将保存的类型。在这里，我们告诉 Rust 我们打算让 absent_number 的类型为 Option<i32>。
当我们有一个 Some 值时，我们知道一个值存在并且该值保存在 Some 中。当我们有一个 None 值时，在某种意义上它与空值的意思相同：我们没有有效值。那么为什么拥有 Option<T> 比拥有空值更好呢？
简而言之，因为 Option<T> 和 T（其中 T 可以是任何类型）是不同的类型，编译器不会让我们将 Option<T> 值用作它绝对是一个有效值。例如，这段代码无法编译，因为它试图将 i8 添加到 Option<i8> 中
fn main() {
let x: i8 = 5;
let y: Option<i8> = Some(5);
let sum = x + y;
}如果我们运行这段代码，我们会收到如下错误消息
$ cargo run
Compiling enums v0.1.0 (file:///projects/enums)
error[E0277]: cannot add `Option<i8>` to `i8`
--> src/main.rs:5:17
|
5 | let sum = x + y;
| ^ no implementation for `i8 + Option<i8>`
|
= help: the trait `Add<Option<i8>>` is not implemented for `i8`
= help: the following other types implement trait `Add<Rhs>`:
<i8 as Add>
<i8 as Add<&i8>>
<&'a i8 as Add<i8>>
<&i8 as Add<&i8>>
For more information about this error, try `rustc --explain E0277`.
error: could not compile `enums` (bin "enums") due to 1 previous error
太棒了！实际上，此错误消息意味着 Rust 不知道如何添加 i8 和 Option<i8>，因为它们是不同的类型。当我们在 Rust 中有一个类似 i8 类型的变量时，编译器将确保我们始终有一个有效值。我们可以自信地继续下去，而不必在使用该值之前检查空值。只有当我们有一个 Option<i8>（或者我们正在处理的任何类型的变量）时，我们才需要担心可能没有值，并且编译器将确保我们在使用该值之前处理这种情况。
换句话说，您必须将 Option<T> 转换为 T，然后才能对其执行 T 操作。通常，这有助于捕捉与空值相关的最常见问题之一：假设某些东西不是空值，而实际上它是。
消除错误假设非空值的风险有助于提高代码的可靠性。为了拥有一个可能为空的值，您必须通过将该值的类型设置为 Option<T> 来显式选择。然后，当您使用该值时，您需要显式处理该值为空的情况。在所有值为非 Option<T> 类型的地方，您都可以*安全地*假设该值不为空。这是 Rust 的一个有意设计，旨在限制 null 的普遍性并提高 Rust 代码的安全性。
那么，当您拥有 Option<T> 类型的值时，如何从 Some 变体中获取 T 值以便使用该值呢？Option<T> 枚举有许多在各种情况下都有用的方法；您可以在其文档中查看它们。熟悉 Option<T> 上的方法将在您的 Rust 旅程中非常有用。
通常，为了使用 Option<T> 值，您需要编写能够处理每个变体的代码。您需要一些仅在拥有 Some(T) 值时运行的代码，并且此代码可以使用内部的 T。您还需要一些仅在拥有 None 值时运行的代码，并且该代码没有可用的 T 值。match 表达式是一个控制流结构，在与枚举一起使用时可以做到这一点：它将根据其拥有的枚举变体运行不同的代码，并且该代码可以使用匹配值内部的数据。