match 控制流運算符
ch06-02-match.md
commit b374e75f1d7b743c84a6bb1ef72579a6588bcb8a
Rust 有一個叫做 match 的極為強大的控制流運算符，它允許我們將一個值與一系列的模式相比較，並根據相匹配的模式執行相應代碼。模式可由字面值、變數、通配符和許多其他內容構成；第十八章會涉及到所有不同種類的模式以及它們的作用。match 的力量來源於模式的表現力以及編譯器檢查，它確保了所有可能的情況都得到處理。
可以把 match 表達式想像成某種硬幣分類器：硬幣滑入有著不同大小孔洞的軌道，每一個硬幣都會掉入符合它大小的孔洞。同樣地，值也會通過 match 的每一個模式，並且在遇到第一個 “符合” 的模式時，值會進入相關聯的代碼塊並在執行中被使用。
因為剛剛提到了硬幣，讓我們用它們來作為一個使用 match 的例子！我們可以編寫一個函數來獲取一個未知的硬幣，並以一種類似驗鈔機的方式，確定它是何種硬幣並返回它的美分值，如範例 6-3 中所示。
#![allow(unused)] fn main() { enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter, } fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 { match coin { Coin::Penny => 1, Coin::Nickel => 5, Coin::Dime => 10, Coin::Quarter => 25, } } }
範例 6-3：一個枚舉和一個以枚舉成員作為模式的 match 表達式
拆開 value_in_cents 函數中的 match 來看。首先，我們列出 match 關鍵字後跟一個表達式，在這個例子中是 coin 的值。這看起來非常像 if 使用的表達式，不過這裡有一個非常大的區別：對於 if，表達式必須返回一個布爾值，而這裡它可以是任何類型的。例子中的 coin 的類型是範例 6-3 中定義的 Coin 枚舉。
接下來是 match 的分支。一個分支有兩個部分：一個模式和一些程式碼。第一個分支的模式是值 Coin::Penny 而之後的 => 運算符將模式和將要運行的代碼分開。這裡的代碼就僅僅是值 1。每一個分支之間使用逗號分隔。
當 match 表達式執行時，它將結果值按順序與每一個分支的模式相比較。如果模式匹配了這個值，這個模式相關聯的代碼將被執行。如果模式並不匹配這個值，將繼續執行下一個分支，非常類似一個硬幣分類器。可以擁有任意多的分支：範例 6-3 中的 match 有四個分支。
每個分支相關聯的代碼是一個表達式，而表達式的結果值將作為整個 match 表達式的返回值。
如果分支代碼較短的話通常不使用大括號，正如範例 6-3 中的每個分支都只是返回一個值。如果想要在分支中運行多行程式碼，可以使用大括號。例如，如下代碼在每次使用Coin::Penny 調用時都會列印出 “Lucky penny!”，同時仍然返回代碼塊最後的值，1：
#![allow(unused)] fn main() { enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter, } fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 { match coin { Coin::Penny => { println!("Lucky penny!"); 1 }, Coin::Nickel => 5, Coin::Dime => 10, Coin::Quarter => 25, } } }
綁定值的模式
匹配分支的另一個有用的功能是可以綁定匹配的模式的部分值。這也就是如何從枚舉成員中提取值的。
作為一個例子，讓我們修改枚舉的一個成員來存放數據。1999 年到 2008 年間，美國在 25 美分的硬幣的一側為 50 個州的每一個都印刷了不同的設計。其他的硬幣都沒有這種區分州的設計，所以只有這些 25 美分硬幣有特殊的價值。可以將這些訊息加入我們的 enum，通過改變 Quarter 成員來包含一個 State 值，範例 6-4 中完成了這些修改：
#![allow(unused)] fn main() { #[derive(Debug)] // 這樣可以可以立刻看到州的名稱 enum UsState { Alabama, Alaska, // --snip-- } enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter(UsState), } }
範例 6-4：Quarter 成員也存放了一個 UsState 值的 Coin 枚舉
想像一下我們的一個朋友嘗試收集所有 50 個州的 25 美分硬幣。在根據硬幣類型分類零錢的同時，也可以報告出每個 25 美分硬幣所對應的州名稱，這樣如果我們的朋友沒有的話，他可以將其加入收藏。
在這些程式碼的匹配表達式中，我們在匹配 Coin::Quarter 成員的分支的模式中增加了一個叫做 state 的變數。當匹配到 Coin::Quarter 時，變數 state 將會綁定 25 美分硬幣所對應州的值。接著在那個分支的代碼中使用 state，如下：
#![allow(unused)] fn main() { #[derive(Debug)] enum UsState { Alabama, Alaska, } enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter(UsState), } fn value_in_cents(coin: Coin) -> u8 { match coin { Coin::Penny => 1, Coin::Nickel => 5, Coin::Dime => 10, Coin::Quarter(state) => { println!("State quarter from {:?}!", state); 25 }, } } }
如果調用 value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska))，coin 將是 Coin::Quarter(UsState::Alaska)。當將值與每個分支相比較時，沒有分支會匹配，直到遇到 Coin::Quarter(state)。這時，state 綁定的將會是值 UsState::Alaska。接著就可以在 println! 表達式中使用這個綁定了，像這樣就可以獲取 Coin 枚舉的 Quarter 成員中內部的州的值。
匹配 Option<T>
我們在之前的部分中使用 Option<T> 時，是為了從 Some 中取出其內部的 T 值；我們還可以像處理 Coin 枚舉那樣使用 match 處理 Option<T>！只不過這回比較的不再是硬幣，而是 Option<T> 的成員，但 match 表達式的工作方式保持不變。
比如我們想要編寫一個函數，它獲取一個 Option<i32> ，如果其中含有一個值，將其加一。如果其中沒有值，函數應該返回 None 值，而不嘗試執行任何操作。
得益於 match，編寫這個函數非常簡單，它將看起來像範例 6-5 中這樣：
#![allow(unused)] fn main() { fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> { match x { None => None, Some(i) => Some(i + 1), } } let five = Some(5); let six = plus_one(five); let none = plus_one(None); }
範例 6-5：一個在 Option<i32> 上使用 match 表達式的函數
匹配 Some(T)
讓我們更仔細地檢查 plus_one 的第一行操作。當調用 plus_one(five) 時，plus_one 函數體中的 x 將會是值 Some(5)。接著將其與每個分支比較。
None => None,
值 Some(5) 並不匹配模式 None，所以繼續進行下一個分支。
Some(i) => Some(i + 1),
Some(5) 與 Some(i) 匹配嗎？當然匹配！它們是相同的成員。i 綁定了 Some 中包含的值，所以 i 的值是 5。接著匹配分支的代碼被執行，所以我們將 i 的值加一併返回一個含有值 6 的新 Some。
接著考慮一下範例 6-5 中 plus_one 的第二個調用，這裡 x 是 None。我們進入 match 並與第一個分支相比較。
None => None,
匹配上了！這裡沒有值來加一，所以程序結束並返回 => 右側的值 None，因為第一個分支就匹配到了，其他的分支將不再比較。
將 match 與枚舉相結合在很多場景中都是有用的。你會在 Rust 代碼中看到很多這樣的模式：match 一個枚舉，綁定其中的值到一個變數，接著根據其值執行程式碼。這在一開始有點複雜，不過一旦習慣了，你會希望所有語言都擁有它！這一直是用戶的最愛。
匹配是窮盡的
match 還有另一方面需要討論。考慮一下 plus_one 函數的這個版本，它有一個 bug 並不能編譯：
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
match x {
Some(i) => Some(i + 1),
}
}
我們沒有處理 None 的情況，所以這些程式碼會造成一個 bug。幸運的是，這是一個 Rust 知道如何處理的 bug。如果嘗試編譯這段代碼，會得到這個錯誤：
error[E0004]: non-exhaustive patterns: `None` not covered
-->
|
6 | match x {
| ^ pattern `None` not covered
Rust 知道我們沒有覆蓋所有可能的情況甚至知道哪些模式被忘記了！Rust 中的匹配是 窮盡的（exhaustive）：必須窮舉到最後的可能性來使代碼有效。特別的在這個 Option<T> 的例子中，Rust 防止我們忘記明確的處理 None 的情況，這使我們免於假設擁有一個實際上為空的值，這造成了之前提到過的價值億萬的錯誤。
_ 通配符
Rust 也提供了一個模式用於不想列舉出所有可能值的場景。例如，u8 可以擁有 0 到 255 的有效的值，如果我們只關心 1、3、5 和 7 這幾個值，就並不想必須列出 0、2、4、6、8、9 一直到 255 的值。所幸我們不必這麼做：可以使用特殊的模式 _ 替代：
#![allow(unused)] fn main() { let some_u8_value = 0u8; match some_u8_value { 1 => println!("one"), 3 => println!("three"), 5 => println!("five"), 7 => println!("seven"), _ => (), } }
_ 模式會匹配所有的值。透過將其放置於其他分支之後，_ 將會匹配所有之前沒有指定的可能的值。() 就是 unit 值，所以 _ 的情況什麼也不會發生。因此，可以說我們想要對 _ 通配符之前沒有列出的所有可能的值不做任何處理。
然而，match 在只關心 一個 情況的場景中可能就有點囉嗦了。為此 Rust 提供了if let。