rust - Rust数据结构

Question

我目前正在学习Rust，这很有趣。我在C/C++方面有一些经验，并且在其他使用更通用的范式(如泛型)的编程语言中也有其他经验。
背景
对于我的第一个项目(在本教程之后)，我想创建一个N维数组(或Matrix)数据结构来练习Rust的开发。
到目前为止，这里是我的Matrix结构，基本填充和新初始化的内容。
原谅缺少边界检查和参数测试

pub struct Matrix<'a, T> {
    data: Vec<Option<T>>,
    dimensions: &'a [usize],
}

impl<'a, T: Clone> Matrix<'a, T> {
    pub fn fill(dimensions: &'a [usize], fill: T) -> Matrix<'a, T> {
        let mut total = if dimensions.len() > 0 { 1 } else { 0 };
        for dim in dimensions.iter() {
            total *= dim;
        }
        Matrix {
            data: vec![Some(fill); total],
            dimensions: dimensions,
        }
    }

    pub fn new(dimensions: &'a [usize]) -> Matrix<'a, T> {
        ...
        Matrix {
            data: vec![None; total],
            dimensions: dimensions,
        }
    }
}

我想要使​​用New fn创建“空” N维数组的功能。我认为使用Option枚举将是完成此操作的最佳方法，因为我可以用 None填充N维，并且它将自动为此T泛型分配空间。
因此，归结为能够为此设置条目。我发现 IndexMut和 Index特性看起来像我可以做的类似 m[&[2, 3]] = 23。由于逻辑彼此相似，因此这里是 IndexMut的 Matrix impl。

impl<'a, T> ops::IndexMut<&[usize]> for Matrix<'a, T> {
    fn index_mut(&mut self, indices: &[usize]) -> &mut Self::Output {
        match self.data[get_matrix_index(self.dimensions, indices)].as_mut() {
            Some(x) => x,
            None => {
                NOT SURE WHAT TO DO HERE.
            }
        }
    }
}

理想情况下，将更改值(如果存在)，即

let mut mat = Matrix::fill(&[4, 4], 0)
mat[&[2, 3]] = 23

这会将值设置为0到23(上面的fn通过从 &mut x返回 Some(x)来实现)。但我也希望 None设置值，即

let mut mat = Matrix::new(&[4, 4])
mat[&[2, 3]] = 23

问题
最后，是否有一种方法可以使 m[&[2,3]] = 23符合Vec结构分配内存的要求？如果不是的话，我应该改变什么，以及如何仍然有一个带有“空”点的阵列。在我尝试学习时，请接受任何建议。 :)
最终想法
通过我的研究，Vec结构暗示我已经键入了 T类型，并且必须对其进行大小调整。这对于通过 vec![pointer of T that is null but of size of T; total]分配适当大小的Vec可能很有用。但是我不确定该怎么做。

Answer 1

因此，有几种方法可以使它更类似于惯用的 rust ，但首先让我们看看为什么none分支没有意义。
因此，我将假定的Output的IndexMut类型为&mut T，因为您没有显示索引定义，但在这种假设下我觉得很安全。类型&mut T意味着对初始化的T的可变引用，这与C/C++中的指针可以指向已初始化或未初始化的内存不同。这意味着您必须返回一个初始化的T，由于没有初始化值，none分支无法执行此操作。这导致了第一种更惯用的方式。
返回一个Option<T>最简单的方法是将Index::Output更改为Option<T>。这样会更好，因为如果用户之前没有任何值(value)并且与您实际存储的内容接近，则用户可以决定该做什么。然后，您还可以在索引方法中消除 panic ，并允许调用方选择在没有值的情况下该怎么做。在这一点上，我认为您可以在下一个选项中对结构进行高级化处理。
直接存储T此方法允许调用者直接更改存储的类型，而不是将其包装在选项中。这样就可以很好地清理您的大多数索引代码，因为您只需要访问已存储的内容即可。现在的主要问题是初始化，您如何表示未初始化的值？您是正确的，该选项是执行此操作的最佳方法1，但是现在调用者可以通过自己存储一个Option来决定具有此可选的初始化功能。因此，这意味着我们始终可以存储已初始化的T，而不会失去功能。这只会真正更改您的新函数，而不会填充None值。我的建议是为新功能2绑定(bind)T: Default:

impl<'a, T: Default> Matrix<'a, T> {
  pub fn new(dimensions: &'a [usize]) -> Matrix<'a, T> {
    Matrix {
      data: (0..total).into_iter().map(|_|Default::default()).collect(),
      dimensions: dimensions,
    }
  }
}

该方法在rust世界中更为常见，它允许调用者选择是否允许未初始化的值。 Option<T>还为所有 T实现默认值并返回 None，因此该功能与您当前拥有的功能非常相似。
附加信息
当您刚接触在rust中，我可以对我以前陷入的陷阱发表一些评论。首先，您的结构包含对具有生命周期的尺寸的引用。这意味着您的结构不能比创建它们的维度对象存在更长的时间。到目前为止，传递的只是静态创建的尺寸，即键入代码中并存储在静态内存中的尺寸，这并没有给您带来任何问题。这使对象的生命周期为 'static，但是如果您使用动态尺寸，则不会发生这种情况。
您还可以如何存储这些尺寸，以便您的对象始终具有 'static生存期(与无生存期相同)？因为您要一个N维数组，所以堆栈分配是不可能的，因为堆栈数组在编译时必须是确定性的(在rust中也称为 const)。这意味着您必须使用堆。剩下两个实选项 Box<[usize]>或 Vec<usize>。 Box只是表示这是在堆上的另一种方式，并将 Sized添加到 ?Sized的值中。 Vec有点不言自明，并增加了调整大小的能力，但付出了一些额外的开销。要么允许您的矩阵对象始终具有 'static生存期。

1.不区分Option<T>的另一种表示方法是MaybeUninit<T>，它是不安全的区域。这使您可以拥有一块足够大的初始化内存来容纳T，然后假定它是不安全地初始化的。这可能会导致很多问题，通常不值得这样做，因为Option已经进行了优化，如果它使用指针存储类型，则使用编译器魔术来存储该值是否为空指针的区别。

2.本节不仅仅使用vec![Default::default(); total]的原因是，这需要T: Clone作为该宏的工作方式，因此第一部分被调用一次并被克隆，直到有足够的值为止。这是我们不需要的一个额外要求，因此没有它，界面将更加平滑。