Rust学习笔记1

这是一份不错的rust教程，目前包括4个block和4个project。全部完成后可以用rust实现一个简单的key-value存储引擎。

注意：Windows下rust貌似会遇到一些bug，强烈建议使用Linux来开发

Building Block1

一开始就是Hello World啦......通过实现一个简单的命令行程序来体验一下rust

比如我们希望程序能获得命令行参数

use std::env;

fn main() {
    let args: Vec<String> = env::args().collect();
    println!("{:?}", args);
}

运行结果：
F:\My Drive\19fall\talent-plan\rust\building-blocks\bb1\src>main.exe 11 22
["main.exe", "11", "22"]

这一段看起来和c++差不多......（其实感觉rust比go好理解多了...）

• println!结尾的叹号！表示调用了一个Rust宏。如果是调用函数，应该输入println

但是一个复杂的cli程序（比如Linux中的ls），命令行参数是很复杂的。比如我们想给写个help（比如ls -h）供用户参考，该怎么办呢？我们可以使用rust的clap库来实现。

首先需要定义一个yml，里面定义命令行参数的格式，保存为/src/cli.yml

name: myapp
version: "1.0"
author: Kevin K. <kbknapp@gmail.com>
about: Does awesome things
args:
    - config:
        short: c
        long: config
        value_name: configval
        help: Sets a custom config file
        takes_value: true
    - INPUT:
        help: Sets the input file to use
        required: true
        index: 1
    - verbose:
        short: v
        multiple: true
        help: Sets the level of verbosity
subcommands:
    - test:
        about: controls testing features
        version: "1.3"
        author: Someone E. <someone_else@other.com>
        args:
            - debug:
                short: d
                help: print debug information

然后编写rust程序，保存为/src/main.rs：

 #[macro_use]
 extern crate clap;
 use clap::App;

 fn main() {
     println!("Hello, world");
     let yaml = load_yaml!("cli.yml");
     let m = App::from_yaml(yaml).get_matches();

     if let Some(configval) = m.value_of("config"){
         match configval{
             "c1" => println!("config 1111"),
             "c2" => println!("config 2222"),
             "c3" => println!("config 3333"),
             _ => println!("what did you config?")
         }
     } else {
         println!("--config is not assigned");
     }

     if let Some(inputval) = m.value_of("INPUT"){
         println!("{:?}", inputval);
     } else {
         println!("INPUT is not assigned");
     }
 }

• 这里crate是一个二进制或库项目
• match相当于C语言中的switch语句
• if let xx=yy {} else {} 是一个常用的可以处理异常（比如用户没有提供这个参数）的写法

但是如果直接用rustc来运行上面的程序会报错噢：

F:\My Drive\19fall\talent-plan\rust\building-blocks\bb1\src>rustc main.rs
error[E0463]: can't find crate for `clap`
 --> clapusage.rs:2:1
  |
2 | extern crate clap;
  | ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ can't find crate

error: aborting due to previous error

For more information about this error, try `rustc --explain E0463`.

这是因为本地默认还没有安装clap这个库，需要手动告诉rust来安装这个库（类似pip install一下）。这一点和C++不一样哦。

为了方便起见我们改用cargo来编译运行rust。cargo是rust的构建系统和包管理器，可以帮我们自动完成下载安装依赖库的工作。为了使用cargo，我们需要一开始就用 cargo new newproj 来新建项目。新建好的项目文件夹中会有cargo.toml文件，我们打开该文件，加入以下语句来声明使用了clap中的yaml库：

[dependencies.clap]
features = ["yaml"]

然后使用cargo build来编译项目，使用cargo run来编译+运行，使用cargo clean来清除上次编译的结果（有点像Makefile的作用）。这里我们cargo build，然后进入/target/debug/文件夹，就可以看到编译好的可执行文件啦。

运行结果如下，可以看到既可以打印help，也可以处理命令行输入：

tidb@pcserver:/mnt/toshiba/talent-plan/rust/building-blocks/bb1$ ./target/debug/bb1 -c c1 fff
Hello, world
config
"fff"

tidb@pcserver:/mnt/toshiba/talent-plan/rust/building-blocks/bb1$ ./target/debug/bb1 --help
Hello, world
myapp 1.0
Kevin K. <kbknapp@gmail.com>
Does awesome things

USAGE:
    bb1 [FLAGS] [OPTIONS] <INPUT> [SUBCOMMAND]

FLAGS:
    -h, --help       Prints help information
    -V, --version    Prints version information
    -v               Sets the level of verbosity

OPTIONS:
    -c, --config <configval>    Sets a custom config file

ARGS:
    <INPUT>    Sets the input file to use

SUBCOMMANDS:
    help    Prints this message or the help of the given subcommand(s)
    test    controls testing features

处理好了命令行，可能某一天PM想让程序猿再加个读取环境变量的功能。还好系统还是提供了库函数（所以还是调包大法好？）

 fn main() {
     println!("Hello, world!");
     use std::env;

     let key = "HOME";
     match env::var_os(key) {
         Some(val) => println!("{}: {:?}", key, val),
         None => println!("{} is not defined in the environment.", key)
     }
 }

 运行结果：
 tidb@pcserver:/mnt/toshiba/talent-plan/rust/building-blocks/bb1env$ cargo run
     Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in .00s
      Running `target/debug/bb1env`
 Hello, world!
 HOME: "/home/tidb"

• 注意6-9行里，Some(T)和None来自于一种枚举类型Option<T>。对于env::var_os(key)的返回值，Some(val)表示结果是某个存在的值，并把它存到val变量中；而None表示返回结果是空的（相当于c语言中的NULL）。这样做的好处是，比如我们在函数返回的时候得到一个Option<i8>类型（可能是Some(i8)，也可能是None），在把它转换回i8类型时就已经解决了值为空的情况（比如用6-9行的match），之后的i8类型就一定不为空了。这样就避免了c语言里空指针可能带来的问题。

错误处理

用户有的时候是很皮的（程序猿也是），所以程序不可避免会遇到一些异常情况。在java和c++里我们可以用 try...catch... / throw 来处理异常，rust也提供了类似的机制。比如上次改TiKV config的时候就用到了。原教程给的例子不大好...这里我们自己写一个：

 use std::env;

 enum ErrTypes{
     Err111,
 //  Err222,
 }

 fn getargs(args: Vec<String>) -> Result<String, ErrTypes>{
     match args.get(1) {
         Some(_v) => Ok(_v.to_string()),
         None => Err(ErrTypes::Err111)
     }
 }

 fn main() {
     println!("Hello, world!");
     let args: Vec<String> = env::args().collect();

     let val=getargs(args);
     match val{
         Ok(_v) => println!("OK, val == {:?}", _v),
         Err(_e) => println!("Error!!!!!")
     }
 }

这段代码的含义还是很易懂的（虽然写的时候可是debug了半天qwq），就是检测第二个命令行参数是否存在（第一个默认是调用该程序的cmd，即类似于"C:\command.com"这种）。

这里我们用Result进行了异常处理。Result也是一种枚举类型，定义如下：

enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}

这里T和E都是泛型类型参数。比如在上面的代码中，getargs函数的返回值是Result<String, ErrTypes>类型，表示函数执行成功的时候应该返回一个String，而失败的时候返回ErrTypes（我们自己定义的一个错误类型）。[Ref]

我们运行一下看看：

tidb@pcserver:/mnt/toshiba/talent-plan/rust/building-blocks/bb1err$ ./target/debug/bb1err www
Hello, world!
OK, val == "www"

tidb@pcserver:/mnt/toshiba/talent-plan/rust/building-blocks/bb1err$ ./target/debug/bb1err
Hello, world!
Error!!!!!

另外block1里还有几个文档，虽然暂时用不着但可以以后留着参考：

• cargo manifest format：介绍 Cargo.toml 的结构。前面clap那个例子里我们就修改了这个文件来支持外部的库
• cargo environment variables：介绍cargo会用到的一些环境变量。
• rust documentation：介绍如何编写rust代码的文档（以代码注释的形式）

Project1

第一个project是一个简单的key-value store ，其实就是调用HashMap+处理一下命令行输入输出。那我们就开始叭

Part1 rust中的HashMap

打开空白的kv.rs，可以看到里面已经有了一个半成品，我们直接往里面填空就可以啦。这个文件里定义了一个KvStore结构体，pub struct{}里面可以定义结构体成员变量（这里没有成员变量），impl KvStore{}里面可以定义结构体成员方法。

单纯操作hashmap还是很容易的...但是在这里面我们可以学习一个rust函数的操作

在这个文件里可以看到很多函数都会有一些奇怪的参数，有的是&self，有的是&mut self。另外像get和new函数还要有返回值。

• &表示引用，它允许你使用值但不获取其所有权，意义类似于c++中的传参数指针。但rust中，函数引用来的变量在该函数中是不可被修改的。
• mut表示该变量是可更改的。可以用& mut varname创建一个可变引用。但对于同一个变量，同一时间只能有一个可变引用，或者多个普通的不可变引用。
• 在《rust程序设计语言》的“认识所有权”一节中，详细说明了所有权和引用的概念。

• ::是运算符，表示指定namespace下的特定函数，也和c++一样
• kv.rs中可以理解为定义了KvStore这个结构体的成员函数和方法。
• impl中定义了一个new()函数，作用是初始化并返回一个KvStore结构体。它有点像c++中的构造函数，但rust中必须自行定义，因为rust中其实没有类的概念。
• impl中定义了KvStore结构体的三个方法set、get、remove。方法的第一个参数总是self，它代表调用该方法的结构体实例（这里就是一个KvStore了，因为这三个方法都是作用在KvStore类型的结构体上的）。&self表示不可变的引用，而&mut self表示可变的引用。 　　同样因为rust中没有类的概念，所以需要搞一个self来接收调用该方法的结构体实例。

• 函数如果需要返回一个值，直接写这个值即可，不需要return关键字。返回的这个值末尾也不加分号
• .cloned()我也不知道啥意思...就先这么着吧 QAQ
• set中的key和value不需要引用，是函数就这样要求的，不然编译会报错...

Part2 处理命令行输入

这部分是在kvs.rs中进行的。首先我们要use相关的库：clap（用于解析命令行参数）和exit（用于退出时命令行返回值）

根据题目要求，这个程序需要实现以下参数：

• kvs set <KEY> <VALUE>        Set the value of a string key to a string
• kvs get <KEY>                       Get the string value of a given string key
• kvs rm <KEY>                        Remove a given key
• kvs -V                                    Print the version

为了让代码更加整洁，我们像上面的例子一样，把命令的定义写在yml里，然后load_yaml!()来读取这些命令。set、get、rm作为subcommand，而Version作为args。

鉴于纯内存的hashmap反正退出程序之后东西都是会丢失的...就不implement命令行啦

Part3 组装起来吧！

现在我们的文件结构长这样：

✉ project-
  |--✉ src
  |   |--✉ bin
  |   |   |-- cli.yml
  |   |   |-- kvs.rs
  |   |
  |   |--lib.rs
  |   |--kv.rs
  |
  |--✉ tests
  |   |-- tests.rs
  |
  |-- Cargo.toml
  |-- project.md 

前面写好了kv.rs来定义KvStore结构体，kvs.rs定义了main函数来处理命令行输入

lib.rs很短...就两行，用于把KvStore包含进来，相当于c++中.h的作用。（详细可参考《rust程序设计语言》的“模块系统”一节）

pub use kv::KvStore;
mod kv;

全部组装好之后就可以啦！可以cargo test来测试一下结果

test result: ok.  passed;  failed;  ignored;  measured;  filtered out

代码