Rust 控制流

Rust 控制流

在大多数编程语言中，根据条件是否为真来运行某些代码，以及在条件为真时重复运行某些代码，是最基本的构建块。Rust 中最常见的控制代码执行流程的结构是 if 表达式和循环。

if 表达式

if 表达式允许你根据条件分支代码。你提供一个条件，然后说明：“如果满足这个条件，就运行这段代码块。如果不满足，就不运行。”

在你的项目目录下新建一个名为 branches 的项目，来探索 if 表达式。在 src/main.rs 文件中输入以下内容：

文件名：src/main.rs

fn main() {let number = 3;if number < 5 {println!("condition was true");} else {println!("condition was false");}
}

所有 if 表达式都以关键字 if 开头，后跟一个条件。本例中，条件检查变量 number 是否小于 5。如果条件为真，则立即执行大括号内的代码块。与 match 表达式类似，if 表达式中与条件相关联的代码块有时也被称为“分支”。

你还可以选择包含 else 表达式（本例已包含），为条件为假时提供另一段代码。如果没有 else，且条件为假，程序会跳过 if 块，继续执行后续代码。

运行这段代码，你会看到如下输出：

$ cargo runCompiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31sRunning `target/debug/branches`
condition was true

尝试将 number 的值改为使条件为假的值：

let number = 7;

再次运行程序，输出如下：

$ cargo runCompiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31sRunning `target/debug/branches`
condition was false

需要注意的是，if 的条件必须是 bool 类型。如果不是 bool 布尔类型，会报错。例如，尝试运行以下代码：

文件名：src/main.rs

此代码无法编译！

fn main() {let number = 3;if number {println!("number was three");}
}

if 条件这次是 3，Rust 会报错：

$ cargo runCompiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
error[E0308]: mismatched types--> src/main.rs:4:8|
4 |     if number {|        ^^^^^^ expected `bool`, found integer

错误提示 Rust 期望的是 bool 类型，但得到的是整数。与 Ruby 和 JavaScript 不同，Rust 不会自动将非布尔类型转换为布尔类型。你必须显式地为 if 提供布尔条件。例如，如果只想在 number 不等于 0 时运行 if 代码块，可以这样写：

文件名：src/main.rs

fn main() {let number = 3;if number != 0 {println!("number was something other than zero");}
}

运行后会输出 number was something other than zero。

使用 else if 处理多个条件
你可以通过 else if 组合 if 和 else 来处理多个条件。例如：

文件名：src/main.rs

fn main() {let number = 6;if number % 4 == 0 {println!("number is divisible by 4");} else if number % 3 == 0 {println!("number is divisible by 3");} else if number % 2 == 0 {println!("number is divisible by 2");} else {println!("number is not divisible by 4, 3, or 2");}
}

该程序有四条可能的执行路径。运行后输出：

$ cargo runCompiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31sRunning `target/debug/branches`
number is divisible by 3

程序会依次检查每个 if 条件，执行第一个为真的分支。即使 6 能被 2 整除，也不会输出 number is divisible by 2，因为 Rust 只会执行第一个为真的分支，之后的不会再检查。

如果 else if 太多，代码会变得混乱。此时可以考虑用 Rust 更强大的分支结构 match（第 6 章会介绍）。

在 let 语句中使用 if
因为 if 是表达式，可以用在 let 语句右侧，将结果赋值给变量，如下例所示：

文件名：src/main.rs

fn main() {let condition = true;let number = if condition { 5 } else { 6 };println!("The value of number is: {number}");
}

number 变量的值取决于 if 表达式的结果。运行后输出：

$ cargo runCompiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.30sRunning `target/debug/branches`
The value of number is: 5

记住，代码块的值是最后一个表达式的值，数字本身也是表达式。本例中，if 表达式的值取决于哪个分支被执行。if 和 else 的返回值类型必须一致；如果类型不一致，会报错：

文件名：src/main.rs

此代码无法编译！

fn main() {let condition = true;let number = if condition { 5 } else { "six" };println!("The value of number is: {number}");
}

编译时会报错，提示类型不兼容：

$ cargo runCompiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
error[E0308]: `if` and `else` have incompatible types--> src/main.rs:4:44|
4 |     let number = if condition { 5 } else { "six" };|                                 -          ^^^^^ expected integer, found `&str`|                                 ||                                 expected because of this

if 分支返回整数，else 分支返回字符串。Rust 需要在编译时确定变量类型，不能在运行时才决定。

循环实现重复

有时需要多次执行一段代码。为此，Rust 提供了多种循环结构，会不断执行循环体中的代码。让我们新建一个名为 loops 的项目来实验循环。

Rust 有三种循环：loop、while 和 for。下面分别介绍。

用 loop 重复代码

loop 关键字让 Rust 不断执行一段代码，直到你显式让它停止。

例如，将 loops 目录下的 src/main.rs 改为：

文件名：src/main.rs

fn main() {loop {println!("again!");}
}

运行后会不断输出 again!，直到你手动终止程序。大多数终端可以用 ctrl-c 中断死循环。试试看：

$ cargo runCompiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.08sRunning `target/debug/loops`
again!
again!
again!
again!
^Cagain!

^C 表示你按下了 ctrl-c。你可能会看到 ^C 后还有 again!，这取决于中断时循环执行到哪。

幸运的是，Rust 也允许你用 break 关键字跳出循环。你可以在循环中用 break 让程序停止循环。我们在第 2 章的猜数字游戏中就用过 break 来退出循环。

在循环中还可以用 continue 跳过本次循环剩余代码，直接进入下一次循环。

从循环返回值

有时需要在循环中重试某个可能失败的操作，并将结果传递给后续代码。你可以在 break 后加上要返回的值，这个值会作为循环的返回值。例如：

fn main() {let mut counter = 0;let result = loop {counter += 1;if counter == 10 {break counter * 2;}};println!("The result is {result}");
}

在循环前声明 counter 变量，初始为 0。result 变量保存循环返回的值。每次循环 counter 加 1，判断是否等于 10。如果是，用 break 返回 counter * 2。循环结束后，打印 result 的值（20）。

你也可以在循环中用 return 直接返回，return 会退出当前函数，而 break 只退出当前循环。

循环标签用于区分多层循环

如果循环嵌套，break 和 continue 默认作用于最内层循环。你可以为循环加标签（以单引号开头），用 break 或 continue 指定作用于哪个循环。例如：

fn main() {let mut count = 0;'counting_up: loop {println!("count = {count}");let mut remaining = 10;loop {println!("remaining = {remaining}");if remaining == 9 {break;}if count == 2 {break 'counting_up;}remaining -= 1;}count += 1;}println!("End count = {count}");
}

外层循环标签为 'counting_up，会从 0 数到 2。内层循环从 10 数到 9。未指定标签的 break 只退出内层循环，break 'counting_up; 会退出外层循环。输出如下：

$ cargo runCompiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.58sRunning `target/debug/loops`
count = 0
remaining = 10
remaining = 9
count = 1
remaining = 10
remaining = 9
count = 2
remaining = 10
End count = 2

while 条件循环

程序经常需要在循环中判断条件。条件为真时循环，条件为假时 break 退出。虽然可以用 loop、if、else 和 break 实现，但这种模式很常见，Rust 提供了 while 循环。如下例，使用 while 循环倒计时三次，循环结束后打印消息并退出。

文件名：src/main.rs

fn main() {let mut number = 3;while number != 0 {println!("{number}!");number -= 1;}println!("LIFTOFF!!!");
}

这种写法比用 loop、if、else、break 嵌套更简洁。只要条件为真就循环，否则退出。

用 for 循环遍历集合

你也可以用 while 遍历集合（如数组）。例如，下面的代码用 while 循环打印数组 a 的每个元素：

文件名：src/main.rs

fn main() {let a = [10, 20, 30, 40, 50];let mut index = 0;while index < 5 {println!("the value is: {}", a[index]);index += 1;}
}

输出：

$ cargo runCompiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.32sRunning `target/debug/loops`
the value is: 10
the value is: 20
the value is: 30
the value is: 40
the value is: 50

虽然能正常输出，但这种写法容易出错。如果数组 a 改为 4 个元素，却忘了把条件改为 while index < 4，程序会 panic。而且每次循环都要检查索引是否越界，效率较低。

更简洁安全的做法是用 for 循环遍历集合，如下所示：

文件名：src/main.rs

fn main() {let a = [10, 20, 30, 40, 50];for element in a {println!("the value is: {element}");}
}

输出与上例相同。更重要的是，这种写法更安全，不会越界，也不会漏掉元素。如果数组元素数量变化，也无需修改其他代码。

for 循环的安全性和简洁性使其成为 Rust 最常用的循环结构。即使只是重复执行代码多次，大多数 Rustacean 也会用 for 循环。例如倒计时，可以用标准库的 Range 生成序列，再用 rev 反转：

文件名：src/main.rs

fn main() {for number in (1..4).rev() {println!("{number}!");}println!("LIFTOFF!!!");
}

这样写更优雅。