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====== 第三章 基本数据类型 ======

===== 3.1 标量类型 =====

标量（Scalar）类型代表单个值。Rust有四种主要的标量类型：整数、浮点数、布尔值和字符。

==== 整数类型 =====

整数是没有小数部分的数字。

**有符号整数（可正可负）：**

| 类型 | 范围 | 大小 |
|------|------|------|
| i8 | -128 到 127 | 1字节 |
| i16 | -32,768 到 32,767 | 2字节 |
| i32 | -2,147,483,648 到 2,147,483,647 | 4字节 |
| i64 | -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807 | 8字节 |
| i128 | 非常大的范围 | 16字节 |
| isize | 取决于架构（32位或64位） | 4或8字节 |

**无符号整数（仅非负）：**

| 类型 | 范围 | 大小 |
|------|------|------|
| u8 | 0 到 255 | 1字节 |
| u16 | 0 到 65,535 | 2字节 |
| u32 | 0 到 4,294,967,295 | 4字节 |
| u64 | 0 到 18,446,744,073,709,551,615 | 8字节 |
| u128 | 非常大的范围 | 16字节 |
| usize | 取决于架构 | 4或8字节 |

**整数溢出：**

在debug模式下，整数溢出会导致panic；在release模式下，会进行二进制补码环绕。

<code rust>
let mut x: u8 = 255;
// x = x + 1;  // debug模式panic，release模式变为0

// 显式处理溢出
let (result, overflowed) = x.overflowing_add(1);
println!("结果：{}，溢出：{}", result, overflowed);
</code>

**整数方法：**

<code rust>
let n = 42_i32;

// 检查奇偶
println!("是偶数：{}", n.is_even());

// 转换类型
let n_u8 = n as u8;

// 计数位数
println!("二进制中1的个数：{}", n.count_ones());

// 绝对值
let m = -42;
println!("绝对值：{}", m.abs());

// 幂运算
println!("2的10次方：{}", 2_i32.pow(10));
</code>

==== 浮点类型 ====

Rust有两种浮点类型：f32（单精度）和f64（双精度）。

<code rust>
let x = 2.0;        // f64（默认）
let y: f32 = 3.0;   // f32
</code>

**浮点运算：**

<code rust>
// 基本运算
let sum = 5.0 + 10.0;
let difference = 95.5 - 4.3;
let product = 4.0 * 30.0;
let quotient = 56.7 / 32.2;
let remainder = 43.0 % 5.0;

// 数学函数
let sqrt = 4.0_f64.sqrt();
let power = 2.0_f64.powf(3.0);  // 2的3次方
let log = 100.0_f64.log10();     // 以10为底的对数
let floor = 3.7_f64.floor();
let ceil = 3.2_f64.ceil();
let round = 3.5_f64.round();
</code>

**特殊浮点值：**

<code rust>
let inf = f64::INFINITY;
let neg_inf = f64::NEG_INFINITY;
let nan = f64::NAN;

// 检查
println!("是正无穷：{}", inf.is_infinite());
println!("是NaN：{}", nan.is_nan());
</code>

==== 布尔类型 ====

<code rust>
let t = true;
let f: bool = false;

// 逻辑运算
let and = t && f;   // 逻辑与
let or = t || f;    // 逻辑或
let not = !t;       // 逻辑非
</code>

布尔类型占用1字节。

==== 字符类型 ====

Rust的char类型是Unicode标量值，占用4字节。

<code rust>
let c = 'z';
let z: char = 'ℤ';
let heart_eyed_cat = '😻';
let chinese = '中';
</code>

**字符方法：**

<code rust>
let c = 'A';

println!("是大写字母：{}", c.is_uppercase());
println!("是小写字母：{}", c.is_lowercase());
println!("是字母：{}", c.is_alphabetic());
println!("是数字：{}", c.is_numeric());
println!("是空白字符：{}", c.is_whitespace());

// 大小写转换
println!("小写：{}", c.to_lowercase());
println!("大写：{}", 'a'.to_uppercase());

// 转换为数字
let num_char = '9';
if let Some(digit) = num_char.to_digit(10) {
    println!("数字值：{}", digit);
}
</code>

===== 3.2 复合类型 =====

复合类型可以将多个值组合成一个类型。Rust有两种基本的复合类型：元组和数组。

==== 元组（Tuple） ====

元组是将多个不同类型的值组合在一起的复合类型。元组有固定的长度。

<code rust>
// 创建元组
let tup: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);

// 类型推断
let tup = (500, 6.4, 1);

// 解构
let (x, y, z) = tup;
println!("y的值为：{}", y);

// 通过索引访问
let five_hundred = tup.0;
let six_point_four = tup.1;
let one = tup.2;
</code>

**单元类型（Unit Type）：**

<code rust>
let unit = ();  // 空元组，表示"无返回值"
</code>

**嵌套元组：**

<code rust>
let nested = ((1, 2), (3, 4, 5));
let ((a, b), (c, d, e)) = nested;
</code>

==== 数组（Array） ====

数组是每个元素类型相同、长度固定的集合。

<code rust>
// 创建数组
let a = [1, 2, 3, 4, 5];
let months = ["January", "February", "March"];

// 指定类型和长度
let a: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];

// 重复值初始化
let a = [3; 5];  // [3, 3, 3, 3, 3]

// 访问元素
let first = a[0];
let second = a[1];
</code>

**数组越界：**

<code rust>
let a = [1, 2, 3, 4, 5];
// let index = 10;
// let element = a[index];  // 运行时panic！
</code>

Rust会在运行时检查数组索引，越界访问会导致程序panic。

**数组方法：**

<code rust>
let mut arr = [3, 1, 4, 1, 5];

// 长度
println!("长度：{}", arr.len());

// 排序
arr.sort();
println!("排序后：{:?}", arr);

// 反转
arr.reverse();

// 填充
arr.fill(0);

// 查找
let pos = arr.iter().position(|&x| x == 0);
</code>

===== 3.3 类型转换 =====

Rust不允许隐式类型转换，必须使用as关键字显式转换。

==== as关键字 ====

<code rust>
let x: i32 = 42;
let y: i64 = x as i64;  // i32转i64

let a: f64 = 3.14;
let b: i32 = a as i32;  // 浮点转整数，截断小数部分

let c: u8 = 255;
let d: i8 = c as i8;    // 溢出，变成-1
</code>

==== try_into转换（安全转换） ====

<code rust>
use std::convert::TryInto;

let a: i32 = 300;
let b: Result<u8, _> = a.try_into();

match b {
    Ok(v) => println!("转换成功：{}", v),
    Err(e) => println!("转换失败：{}", e),
}
</code>

===== 3.4 类型推断 =====

Rust编译器可以根据上下文推断变量类型：

<code rust>
let x = 5;              // 推断为i32
let y = 3.14;           // 推断为f64
let z = true;           // 推断为bool
let s = "hello";        // 推断为&str
let v = vec![1, 2, 3];  // 推断为Vec<i32>
</code>

**显式标注的必要情况：**

<code rust>
// 多种可能时
let guess: u32 = "42".parse().expect("不是数字！");

// 函数参数和返回值
fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
    x + y
}
</code>

===== 3.5 类型别名 =====

使用type关键字创建类型别名：

<code rust>
type Kilometers = i32;
type Thunk = Box<dyn Fn() + Send + 'static>;

let x: i32 = 5;
let y: Kilometers = 5;

println!("x + y = {}", x + y);  // 可以相加，因为是同一类型
</code>

===== 3.6 Never类型（!）=====

Never类型表示永远不会返回的函数：

<code rust>
fn panic_now() -> ! {
    panic!("这个函数永远不会正常返回");
}

fn infinite_loop() -> ! {
    loop {
        println!("永远循环");
    }
}
</code>

===== 练习题 =====

==== 练习题3.1：温度转换器 ====

实现摄氏度、华氏度和开尔文温度的相互转换。

<code rust>
fn celsius_to_fahrenheit(c: f64) -> f64 {
    c * 9.0 / 5.0 + 32.0
}

fn fahrenheit_to_celsius(f: f64) -> f64 {
    (f - 32.0) * 5.0 / 9.0
}

fn celsius_to_kelvin(c: f64) -> f64 {
    c + 273.15
}

fn main() {
    let c = 100.0;
    println!("{}°C = {:.2}°F", c, celsius_to_fahrenheit(c));
    println!("{}°C = {:.2}K", c, celsius_to_kelvin(c));
}
</code>

==== 练习题3.2：数组统计 ====

计算数组的均值、最大值和最小值。

<code rust>
fn array_stats(arr: &[i32]) -> (f64, i32, i32) {
    if arr.is_empty() {
        return (0.0, 0, 0);
    }
    
    let sum: i32 = arr.iter().sum();
    let mean = sum as f64 / arr.len() as f64;
    let max = *arr.iter().max().unwrap();
    let min = *arr.iter().min().unwrap();
    
    (mean, max, min)
}

fn main() {
    let numbers = [23, 56, 12, 89, 34, 67, 45];
    let (mean, max, min) = array_stats(&numbers);
    
    println!("数组：{:?}", numbers);
    println!("平均值：{:.2}", mean);
    println!("最大值：{}", max);
    println!("最小值：{}", min);
}
</code>

==== 练习题3.3：元组交换 ====

交换元组中两个元素的位置。

<code rust>
fn swap_tuple<T, U>(t: (T, U)) -> (U, T) {
    (t.1, t.0)
}

fn main() {
    let pair = ("hello", 42);
    let swapped = swap_tuple(pair);
    println!("原元组：{:?}", pair);
    println!("交换后：{:?}", swapped);
}
</code>

==== 练习题3.4：素数检查 ====

检查一个数是否为素数。

<code rust>
fn is_prime(n: u32) -> bool {
    if n <= 1 {
        return false;
    }
    if n <= 3 {
        return true;
    }
    if n % 2 == 0 || n % 3 == 0 {
        return false;
    }
    
    let mut i = 5;
    while i * i <= n {
        if n % i == 0 || n % (i + 2) == 0 {
            return false;
        }
        i += 6;
    }
    true
}

fn main() {
    for n in 1..=100 {
        if is_prime(n) {
            print!("{} ", n);
        }
    }
    println!();
}
</code>

==== 练习题3.5：进制转换 ====

将十进制数转换为二进制、八进制和十六进制字符串。

<code rust>
fn to_binary(n: u32) -> String {
    format!("{:b}", n)
}

fn to_octal(n: u32) -> String {
    format!("{:o}", n)
}

fn to_hex(n: u32) -> String {
    format!("{:X}", n)
}

fn main() {
    let n = 255;
    println!("十进制：{}", n);
    println!("二进制：{}", to_binary(n));
    println!("八进制：{}", to_octal(n));
    println!("十六进制：{}", to_hex(n));
}
</code>

===== 本章小结 =====

本章详细介绍了Rust的基本数据类型：

  * **整数类型**：i8-i128, u8-u128, isize, usize
  * **浮点类型**：f32, f64
  * **布尔类型**：true, false
  * **字符类型**：Unicode标量值，4字节
  * **元组**：固定长度，可包含不同类型，通过.索引访问
  * **数组**：固定长度，元素类型相同，索引访问
  * **类型转换**：使用as关键字或try_into

掌握这些基本类型是编写Rust程序的基础。在下一章中，我们将学习Rust的控制流结构。