match 控制流结构
Rust 有一个非常强大的控制流结构叫做 match，它允许你将一个值与一系列模式进行比较，然后根据哪个模式匹配来执行代码。模式可以由字面值、变量名、通配符和许多其他东西组成；第 18 章涵盖了所有不同类型的模式以及它们的作用。match 的强大之处在于模式的表达能力以及编译器确认所有可能的情况都得到处理的事实。
将 match 表达式想象成一台硬币分类机：硬币沿着一条轨道滑动，轨道上有一些大小不一的孔，每枚硬币都会掉进第一个它适合的孔中。同样，值会通过 match 中的每个模式，并且在值“适合”的第一个模式处，值会落入关联的代码块中，以便在执行期间使用。
说到硬币，让我们用它们作为 match 的一个例子！我们可以编写一个函数，该函数接收一个未知的美国硬币，并以类似于计数机器的方式确定它是哪种硬币，并返回其以美分表示的价值，如清单 6-3 所示。
enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter, } fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 { match coin { Coin::Penny => 1, Coin::Nickel => 5, Coin::Dime => 10, Coin::Quarter => 25, } } fn main() {}
清单 6-3：一个枚举和一个 match 表达式，它将枚举的变体作为其模式
让我们分解一下 value_in_cents 函数中的 match。首先，我们列出 match 关键字，后跟一个表达式，在本例中是值 coin。这看起来很像 if 使用的条件表达式，但有一个很大的区别：对于 if，条件需要计算为布尔值，但在这里它可以是任何类型。本例中 coin 的类型是我们在第一行定义的 Coin 枚举。
接下来是 match 分支。一个分支有两个部分：一个模式和一些代码。这里的第一个分支的模式是值 Coin::Penny，然后是 => 运算符，它分隔模式和要运行的代码。在本例中，代码只是值 1。每个分支都用逗号与下一个分支分隔。
当 match 表达式执行时，它会按顺序将结果值与每个分支的模式进行比较。如果模式与该值匹配，则执行与该模式关联的代码。如果该模式与该值不匹配，则执行将继续到下一个分支，就像在硬币分类机中一样。我们可以根据需要拥有任意数量的分支：在清单 6-3 中，我们的 match 有四个分支。
与每个分支关联的代码是一个表达式，并且匹配分支中表达式的结果值是整个 match 表达式返回的值。
如果匹配分支代码很短，我们通常不使用大括号，就像清单 6-3 中每个分支只返回一个值一样。如果要在匹配分支中运行多行代码，则必须使用大括号，并且分支后的逗号是可选的。例如，以下代码每次使用 Coin::Penny 调用该方法时都会打印“Lucky penny！”，但仍然返回块的最后一个值 1
enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter, } fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 { match coin { Coin::Penny => { println!("Lucky penny!"); 1 } Coin::Nickel => 5, Coin::Dime => 10, Coin::Quarter => 25, } } fn main() {}
绑定到值的模式
匹配分支的另一个有用的功能是它们可以绑定到与模式匹配的值的部分。这就是我们如何从枚举变体中提取值。
例如，让我们将我们的一个枚举变体更改为在其中保存数据。从 1999 年到 2008 年，美国铸造了 50 个州中的每个州都在一面有不同设计的四分之一美元硬币。没有其他硬币有州设计，因此只有四分之一美元硬币有这个额外的值。我们可以通过更改 Quarter 变体以包含存储在其中的 UsState 值来将此信息添加到我们的 enum 中，如清单 6-4 中所示。
#[derive(Debug)] // so we can inspect the state in a minute enum UsState { Alabama, Alaska, // --snip-- } enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter(UsState), } fn main() {}
清单 6-4：一个 Coin 枚举，其中 Quarter 变体还保存一个 UsState 值
假设一个朋友正试图收集所有 50 个州的四分之一美元硬币。当我们按硬币类型整理零钱时，我们还会说出与每个四分之一美元硬币相关的州的名称，以便如果它是我们的朋友没有的，他们可以将其添加到他们的收藏中。
在此代码的 match 表达式中，我们向与变体 Coin::Quarter 的值匹配的模式添加了一个名为 state 的变量。当 Coin::Quarter 匹配时，state 变量将绑定到该四分之一美元硬币的州的值。然后我们可以在该分支的代码中使用 state，如下所示
#[derive(Debug)] enum UsState { Alabama, Alaska, // --snip-- } enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter(UsState), } fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 { match coin { Coin::Penny => 1, Coin::Nickel => 5, Coin::Dime => 10, Coin::Quarter(state) => { println!("State quarter from {state:?}!"); 25 } } } fn main() { value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska)); }
如果我们调用 value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska))，coin 将是 Coin::Quarter(UsState::Alaska)。当我们将该值与每个匹配分支进行比较时，在我们到达 Coin::Quarter(state) 之前，它们都不会匹配。此时，state 的绑定将是值 UsState::Alaska。然后我们可以在 println! 表达式中使用该绑定，从而从 Quarter 的 Coin 枚举变体中获取内部状态值。
使用 Option<T> 进行匹配
在上一节中，我们希望在使用 Option<T> 时从 Some 情况中获取内部 T 值；我们也可以使用 match 来处理 Option<T>，就像我们处理 Coin 枚举一样！我们将比较 Option<T> 的变体，而不是比较硬币，但是 match 表达式的工作方式保持不变。
假设我们想编写一个函数，该函数接受一个 Option<i32>，如果里面有一个值，则将该值加 1。如果里面没有值，则该函数应返回 None 值，而不尝试执行任何操作。
得益于 match，此函数非常容易编写，并且看起来像清单 6-5。
fn main() { fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> { match x { None => None, Some(i) => Some(i + 1), } } let five = Some(5); let six = plus_one(five); let none = plus_one(None); }
清单 6-5：一个在 Option<i32> 上使用 match 表达式的函数
让我们更详细地检查 plus_one 的第一次执行。当我们调用 plus_one(five) 时，plus_one 主体中的变量 x 的值为 Some(5)。然后我们将其与每个匹配分支进行比较
fn main() {
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
match x {
None => None,
Some(i) => Some(i + 1),
}
}
let five = Some(5);
let six = plus_one(five);
let none = plus_one(None);
}Some(5) 值与模式 None 不匹配，因此我们继续到下一个分支
fn main() {
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
match x {
None => None,
Some(i) => Some(i + 1),
}
}
let five = Some(5);
let six = plus_one(five);
let none = plus_one(None);
}Some(5) 是否匹配 Some(i)？是的！我们有相同的变体。i 绑定到 Some 中包含的值，因此 i 取值 5。然后执行匹配分支中的代码，因此我们将 1 加到 i 的值中，并创建一个新的 Some 值，其中包含我们的总值 6。
现在让我们考虑清单 6-5 中 plus_one 的第二次调用，其中 x 为 None。我们进入 match 并与第一个分支进行比较
fn main() {
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
match x {
None => None,
Some(i) => Some(i + 1),
}
}
let five = Some(5);
let six = plus_one(five);
let none = plus_one(None);
}它匹配！没有要添加的值，因此程序停止并返回 => 右侧的 None 值。因为第一个分支匹配，所以不会比较其他分支。
在许多情况下，组合 match 和枚举非常有用。您会在 Rust 代码中看到这种模式很多：针对枚举进行 match，将变量绑定到其中的数据，然后根据它执行代码。一开始有点棘手，但是一旦您习惯了它，您就会希望在所有语言中都有它。它一直是用户最喜欢的功能。
匹配是穷尽的
我们还需要讨论 match 的另一个方面：分支的模式必须涵盖所有可能性。考虑一下我们的 plus_one 函数的这个版本，它有一个错误，无法编译
fn main() {
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
match x {
Some(i) => Some(i + 1),
}
}
let five = Some(5);
let six = plus_one(five);
let none = plus_one(None);
}我们没有处理 None 情况，因此此代码将导致错误。幸运的是，这是一个 Rust 知道如何捕获的错误。如果我们尝试编译此代码，我们将收到此错误
$ cargo run
Compiling enums v0.1.0 (file:///projects/enums)
error[E0004]: non-exhaustive patterns: `None` not covered
--> src/main.rs:3:15
|
3 | match x {
| ^ pattern `None` not covered
|
note: `Option<i32>` defined here
--> /rustc/eeb90cda1969383f56a2637cbd3037bdf598841c/library/core/src/option.rs:574:1
::: /rustc/eeb90cda1969383f56a2637cbd3037bdf598841c/library/core/src/option.rs:578:5
|
= note: not covered
= note: the matched value is of type `Option<i32>`
help: ensure that all possible cases are being handled by adding a match arm with a wildcard pattern or an explicit pattern as shown
|
4 ~ Some(i) => Some(i + 1),
5 ~ None => todo!(),
|
For more information about this error, try `rustc --explain E0004`.
error: could not compile `enums` (bin "enums") due to 1 previous error
Rust 知道我们没有涵盖所有可能的情况，甚至知道我们忘记了哪个模式！Rust 中的匹配是穷尽的：为了使代码有效，我们必须穷尽每一种可能性。尤其是在 Option<T> 的情况下，当 Rust 防止我们忘记显式处理 None 情况时，它可以防止我们假设我们有一个值，而我们可能为空，从而使之前讨论的数十亿美元的错误成为不可能。
捕获所有模式和 _ 占位符
使用枚举，我们还可以为一些特定的值采取特殊操作，但对于所有其他值，则采取一个默认操作。假设我们正在实现一个游戏，如果您在掷骰子时掷出 3，您的玩家不会移动，而是会得到一顶新的精美帽子。如果您掷出 7，您的玩家会失去一顶精美帽子。对于所有其他值，您的玩家会在游戏板上移动该数量的空间。这是一个实现该逻辑的 match，其中骰子的结果是硬编码的而不是随机值，所有其他逻辑都由没有主体的函数表示，因为实际实现它们超出了本示例的范围
fn main() { let dice_roll = 9; match dice_roll { 3 => add_fancy_hat(), 7 => remove_fancy_hat(), other => move_player(other), } fn add_fancy_hat() {} fn remove_fancy_hat() {} fn move_player(num_spaces: u8) {} }
对于前两个分支，模式是字面值 3 和 7。对于涵盖所有其他可能值的最后一个分支，模式是我们选择命名的变量 other。为 other 分支运行的代码通过将变量传递给 move_player 函数来使用该变量。
即使我们没有列出 u8 可以拥有的所有可能值，此代码也可以编译，因为最后一个模式将匹配所有未明确列出的值。这种捕获所有模式满足了 match 必须是穷尽的的要求。请注意，我们必须将捕获所有分支放在最后，因为模式是按顺序计算的。如果我们将捕获所有分支放在前面，则其他分支将永远不会运行，因此如果我们在捕获所有分支之后添加分支，Rust 会警告我们！
Rust 还有一个模式，当我们需要捕获所有模式，但又不想使用捕获所有模式中的值时，可以使用该模式：_ 是一个特殊模式，它匹配任何值，但不绑定到该值。这告诉 Rust 我们不打算使用该值，因此 Rust 不会警告我们有关未使用的变量。
让我们更改游戏规则：现在，如果您掷出的不是 3 或 7，则必须再次掷骰子。我们不再需要使用捕获所有值，因此我们可以将代码更改为使用 _ 而不是名为 other 的变量
fn main() { let dice_roll = 9; match dice_roll { 3 => add_fancy_hat(), 7 => remove_fancy_hat(), _ => reroll(), } fn add_fancy_hat() {} fn remove_fancy_hat() {} fn reroll() {} }
此示例也满足了穷尽性要求，因为我们明确地忽略了最后一个分支中的所有其他值；我们没有忘记任何事情。
最后，我们将再次更改游戏规则，以便如果您掷出的不是 3 或 7，则在您的回合中不会发生其他任何事情。我们可以通过使用单元值（我们在 “元组类型” 中提到的空元组类型部分）作为与 _ 分支一起使用的代码来表达
fn main() { let dice_roll = 9; match dice_roll { 3 => add_fancy_hat(), 7 => remove_fancy_hat(), _ => (), } fn add_fancy_hat() {} fn remove_fancy_hat() {} }
在这里，我们明确告诉 Rust 我们不会使用任何其他值，这些值与前面分支中的模式不匹配，并且在这种情况下我们不想运行任何代码。
关于模式和匹配的更多信息，我们将在 第 18 章 中介绍。现在，我们将继续介绍 if let 语法，它在 match 表达式有点冗长的情况下非常有用。