运算符表达式

^语法
OperatorExpression :
      BorrowExpression
   | DereferenceExpression
   | ErrorPropagationExpression
   | NegationExpression
   | ArithmeticOrLogicalExpression
   | ComparisonExpression
   | LazyBooleanExpression
   | TypeCastExpression
   | AssignmentExpression
   | CompoundAssignmentExpression

运算符由 Rust 语言为内置类型定义。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

当在 debug 模式下编译时，整数运算符在溢出时会 panic。 -C debug-assertions 和 -C overflow-checks 编译器标志可以更直接地控制这一点。以下情况被认为是溢出

• 当 +、* 或二元 - 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负值，除非操作数是 字面量表达式（或一个或多个 分组表达式 内的独立字面量表达式）。
• 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，也会发生这些检查，这是出于遗留原因。
• 使用 << 或 >>，其中右侧参数大于或等于左侧参数类型中的位数，或者是负数。

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) 之类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它们的类型。

由于二进制补码溢出约定，对这些最负值的取反会使值保持不变。

在 rustc 中，这些最负表达式也会被 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 place 表达式 时，此表达式会生成对值引用的位置的引用（指针）。内存位置也在引用的持续时间内置于借用状态。对于共享借用 (&)，这意味着 place 可能不会被修改，但可以再次读取或共享。对于可变借用 (&mut)，在借用过期之前，place 可能无法以任何方式访问。 &mut 在可变 place 表达式上下文中评估其操作数。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 && 是单个标记（惰性 ‘与’ 运算符），当在借用表达式的上下文中使用时，它也像两个借用一样工作

#![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 place 表达式上下文中求值。然后 &raw const expr 创建一个类型为 *const T 的 const 原始指针指向给定的 place，而 &raw mut expr 创建一个类型为 *mut T 的可变原始指针。

每当 place 表达式可以评估为一个未正确对齐或未存储类型确定的有效值的 place，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，使用借用运算符会通过创建无效引用而导致 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 place 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 place 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 place 表达式，则可以赋值给结果内存位置。解引用原始指针需要 unsafe。

在非指针类型上，在不可变 place 表达式上下文中，*x 等效于 *std::ops::Deref::deref(&x)，而在可变 place 表达式上下文中，*x 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 (?) 解包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 Result<T, E> 和 Option<T> 类型。

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)，则它将解包该值以评估为 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)，则它将解包该值以评估为 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，以及哪些 trait 用于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。

以下是这些运算符的一些示例

#![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，以及哪些 trait 用于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，余数的符号将与被除数的符号相同。

*** 有符号整数类型的算术右移，无符号整数类型的逻辑右移。

† 对于整数类型，除以零会 panic。

以下是这些运算符的使用示例。

#![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。链接比较运算符时需要括号。例如，表达式 a == b == c 无效，可以写成 (a == b) == c。

与算术和逻辑运算符不同，用于重载这些运算符的 trait 更通用地用于显示如何比较类型，并且可能会被假设为定义使用这些 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该假设（虽然不能确保安全）。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，在place 表达式上下文中评估它们

#![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”，&& 运算符表示逻辑“与”。 它们与 | 和 & 的不同之处在于，只有当左侧操作数尚未确定表达式的结果时，才会评估右侧操作数。 也就是说，|| 仅当左侧操作数评估为 false 时才评估其右侧操作数，而 && 仅当左侧操作数评估为 true 时才评估其右侧操作数。

#![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。

as 表达式的示例

#![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 可以用于显式执行 强制类型转换，以及以下额外的转换。任何不符合强制转换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 和指针类型中的 mut 或 const。

* 或 T 和 V 是兼容的 unsized 类型，例如，都是切片，都是相同的 trait 对象。

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

*** 仅适用于不捕获（闭包化）任何局部变量的闭包

语义

数值转换

• 在两个相同大小的整数之间进行转换（例如 i32 -> u32）是空操作（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
  • 大于最大整数值的值，包括 INFINITY，将饱和到整数类型的最大值。
  • 小于最小整数值的值，包括 NEG_INFINITY，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的可能浮点数 *

  • 如有必要，四舍五入根据 roundTiesToEven 模式 *** 进行
  • 在溢出时，会产生无穷大（与输入符号相同）
  • 注意：使用当前数值类型集，溢出只能在 u128 as f32 中发生，对于大于或等于 f32::MAX + (0.5 ULP) 的值

  #![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 是完美的且无损的

  #![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 将产生最接近的可能 f32 **

  • 如有必要，四舍五入根据 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());
  }

* 如果硬件本身不支持使用此舍入模式和溢出行为的整数到浮点数的转换，则这些转换可能会比预期的慢。

** 如果硬件本身不支持使用此舍入模式和溢出行为的 f64 到 f32 的转换，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，如果正好在两个浮点数之间，则优先选择最低有效位为偶数的那个。

枚举转换

将枚举转换为其判别式，然后根据需要使用数值转换。转换仅限于以下类型的枚举

• 仅单元枚举
• 没有显式判别式的无字段枚举，或者只有单元变体具有显式判别式的情况

#![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);
}

原始类型到整数类型的转换

• false 转换为 0，true 转换为 1
• char 转换为代码点的值，然后根据需要使用数值转换。

#![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 的转换

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');
}

指针到地址的转换

从原始指针转换为整数会生成被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。

地址到指针的转换

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);
}

指针到指针的转换

*const T / *mut T 可以转换为 *const U / *mut U，其行为如下

• 如果 T 和 U 都是 sized 的，则指针保持不变返回。

• 如果 T 和 U 都是 unsized 的，则指针也保持不变返回。特别是，元数据被完全保留。

  例如，从 *const [T] 到 *const [U] 的转换会保留元素的数量。请注意，因此，此类转换不一定保留指针引用的对象的大小（例如，将 *const [u16] 转换为 *const [u8] 将导致原始指针引用大小为原始对象一半的对象）。对于 str 和任何 unsized 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 unsized 的而 U 是 sized 的，则转换会丢弃完成宽指针 T 的所有元数据，并生成由 unsized 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 被赋值表达式（被赋值操作数）组成，后跟等号 (=) 和 值表达式（被赋值值操作数）。在其最基本的形式中，被赋值表达式是 place 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，但这总是分解为对 place 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：这与其他表达式不同，因为右操作数在左操作数之前评估。

然后它的效果是首先drop 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，它复制或移动被赋值的值到赋值位置。

赋值表达式始终产生单元值。

示例

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

解构赋值

解构赋值是变量声明的解构模式匹配的对应物，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 的解构声明相反，由于语法歧义，模式可能不会出现在赋值的左侧。相反，一组对应于模式的表达式被指定为被赋值表达式，并允许在赋值的左侧。然后，被赋值表达式被 desugar 为模式匹配，后跟顺序赋值。desugar 后的模式必须是不可反驳的：特别是，这意味着只有编译时长度已知的切片模式以及平凡切片 [..] 才允许用于解构赋值。

desugar 方法很简单，最好用示例来说明。

#![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;
}
}

标识符不禁止在单个被赋值表达式中多次使用。

下划线表达式和空范围表达式可用于忽略某些值，而无需绑定它们。

请注意，默认绑定模式不适用于 desugar 后的表达式。

复合赋值表达式

^语法
CompoundAssignmentExpression :
      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组合在一起。

例如

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

复合赋值的语法是可变 place 表达式（被赋值操作数），然后是运算符之一，后跟一个 = 作为单个标记（无空格），然后是值表达式（修改操作数）。

与其他 place 操作数不同，被赋值 place 操作数必须是 place 表达式。尝试使用值表达式是编译器错误，而不是将其提升为临时值。

复合赋值表达式的评估取决于运算符的类型。

如果两种类型都是原始类型，则将首先评估修改操作数，然后评估被赋值操作数。然后，它将把被赋值操作数位置的值设置为使用被赋值操作数和修改操作数的值执行运算符操作的值。

注意：这与其他表达式不同，因为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（请参阅本章前面的表格）。会自动获取被赋值操作数的可变借用。

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。