vector 用來儲存一系列的值

ch08-01-vectors.md
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我們要講到的第一個類型是 Vec<T>，也被稱為 vector。vector 允許我們在一個單獨的數據結構中儲存多於一個的值，它在記憶體中彼此相鄰地排列所有的值。vector 只能儲存相同類型的值。它們在擁有一系列項的場景下非常實用，例如文件中的文本行或是購物車中商品的價格。

新建 vector

為了創建一個新的空 vector，可以調用 Vec::new 函數，如範例 8-1 所示：


#![allow(unused)]
fn main() {
let v: Vec<i32> = Vec::new();
}

範例 8-1：新建一個空的 vector 來儲存 i32 類型的值

注意這裡我們增加了一個類型註解。因為沒有向這個 vector 中插入任何值，Rust 並不知道我們想要儲存什麼類型的元素。這是一個非常重要的點。vector 是用泛型實現的，第十章會涉及到如何對你自己的類型使用它們。現在，所有你需要知道的就是 Vec 是一個由標準庫提供的類型，它可以存放任何類型，而當 Vec 存放某個特定類型時，那個類型位於角括號中。在範例 8-1 中，我們告訴 Rust v 這個 Vec 將存放 i32 類型的元素。

在更實際的代碼中，一旦插入值 Rust 就可以推斷出想要存放的類型，所以你很少會需要這些類型註解。更常見的做法是使用初始值來創建一個 Vec，而且為了方便 Rust 提供了 vec! 宏。這個宏會根據我們提供的值來創建一個新的 Vec。範例 8-2 新建一個擁有值 1、2 和 3 的 Vec<i32>：


#![allow(unused)]
fn main() {
let v = vec![1, 2, 3];
}

範例 8-2：新建一個包含初值的 vector

因為我們提供了 i32 類型的初始值，Rust 可以推斷出 v 的類型是 Vec<i32>，因此類型註解就不是必須的。接下來讓我們看看如何修改一個 vector。

更新 vector

對於新建一個 vector 並向其增加元素，可以使用 push 方法，如範例 8-3 所示：


#![allow(unused)]
fn main() {
let mut v = Vec::new();

v.push(5);
v.push(6);
v.push(7);
v.push(8);
}

範例 8-3：使用 push 方法向 vector 增加值

如第三章中討論的任何變數一樣，如果想要能夠改變它的值，必須使用 mut 關鍵字使其可變。放入其中的所有值都是 i32 類型的，而且 Rust 也根據數據做出如此判斷，所以不需要 Vec<i32> 註解。

丟棄 vector 時也會丟棄其所有元素

類似於任何其他的 struct，vector 在其離開作用域時會被釋放，如範例 8-4 所標註的：


#![allow(unused)]
fn main() {
{
    let v = vec![1, 2, 3, 4];

    // 處理變數 v

} // <- 這裡 v 離開作用域並被丟棄
}

範例 8-4：展示 vector 和其元素於何處被丟棄

當 vector 被丟棄時，所有其內容也會被丟棄，這意味著這裡它包含的整數將被清理。這可能看起來非常直觀，不過一旦開始使用 vector 元素的引用，情況就變得有些複雜了。下面讓我們處理這種情況！

讀取 vector 的元素

現在你知道如何創建、更新和銷毀 vector 了，接下來的一步最好了解一下如何讀取它們的內容。有兩種方法引用 vector 中儲存的值。為了更加清楚的說明這個例子，我們標註這些函數返回的值的類型。

範例 8-5 展示了訪問 vector 中一個值的兩種方式，索引語法或者 get 方法：


#![allow(unused)]
fn main() {
let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];

let third: &i32 = &v[2];
println!("The third element is {}", third);

match v.get(2) {
    Some(third) => println!("The third element is {}", third),
    None => println!("There is no third element."),
}
}

列表 8-5：使用索引語法或 get 方法來訪問 vector 中的項

這裡有兩個需要注意的地方。首先，我們使用索引值 2 來獲取第三個元素，索引是從 0 開始的。其次，這兩個不同的獲取第三個元素的方式分別為：使用 & 和 [] 返回一個引用；或者使用 get 方法以索引作為參數來返回一個 Option<&T>。

Rust 有兩個引用元素的方法的原因是程序可以選擇如何處理當索引值在 vector 中沒有對應值的情況。作為一個例子，讓我們看看如果有一個有五個元素的 vector 接著嘗試訪問索引為 100 的元素時程序會如何處理，如範例 8-6 所示：


#![allow(unused)]
fn main() {
let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];

let does_not_exist = &v[100];
let does_not_exist = v.get(100);
}

範例 8-6：嘗試訪問一個包含 5 個元素的 vector 的索引 100 處的元素

當運行這段代碼，你會發現對於第一個 [] 方法，當引用一個不存在的元素時 Rust 會造成 panic。這個方法更適合當程序認為嘗試訪問超過 vector 結尾的元素是一個嚴重錯誤的情況，這時應該使程序崩潰。

當 get 方法被傳遞了一個數組外的索引時，它不會 panic 而是返回 None。當偶爾出現超過 vector 範圍的訪問屬於正常情況的時候可以考慮使用它。接著你的代碼可以有處理 Some(&element) 或 None 的邏輯，如第六章討論的那樣。例如，索引可能來源於用戶輸入的數字。如果它們不慎輸入了一個過大的數字那麼程序就會得到 None 值，你可以告訴用戶當前 vector 元素的數量並再請求它們輸入一個有效的值。這就比因為輸入錯誤而使程序崩潰要友好的多！

一旦程序獲取了一個有效的引用，借用檢查器將會執行所有權和借用規則（第四章講到）來確保 vector 內容的這個引用和任何其他引用保持有效。回憶一下不能在相同作用域中同時存在可變和不可變引用的規則。這個規則適用於範例 8-7，當我們獲取了 vector 的第一個元素的不可變引用並嘗試在 vector 末尾增加一個元素的時候，這是行不通的：

let mut v = vec![1, 2, 3, 4, 5];

let first = &v[0];

v.push(6);

println!("The first element is: {}", first);

範例 8-7：在擁有 vector 中項的引用的同時向其增加一個元素

編譯會給出這個錯誤：

error[E0502]: cannot borrow `v` as mutable because it is also borrowed as immutable
 --> src/main.rs:6:5
  |
4 |     let first = &v[0];
  |                  - immutable borrow occurs here
5 |
6 |     v.push(6);
  |     ^^^^^^^^^ mutable borrow occurs here
7 |
8 |     println!("The first element is: {}", first);
  |                                          ----- immutable borrow later used here

範例 8-7 中的代碼看起來應該能夠運行：為什麼第一個元素的引用會關心 vector 結尾的變化？不能這麼做的原因是由於 vector 的工作方式：在 vector 的結尾增加新元素時，在沒有足夠空間將所有所有元素依次相鄰存放的情況下，可能會要求分配新記憶體並將老的元素拷貝到新的空間中。這時，第一個元素的引用就指向了被釋放的記憶體。借用規則阻止程式陷入這種狀況。

注意：關於 Vec<T> 類型的更多實現細節，在 https://doc.rust-lang.org/stable/nomicon/vec.html 查看 “The Nomicon”

遍歷 vector 中的元素

如果想要依次訪問 vector 中的每一個元素，我們可以遍歷其所有的元素而無需通過索引一次一個的訪問。範例 8-8 展示了如何使用 for 循環來獲取 i32 值的 vector 中的每一個元素的不可變引用並將其列印：


#![allow(unused)]
fn main() {
let v = vec![100, 32, 57];
for i in &v {
    println!("{}", i);
}
}

範例 8-8：通過 for 循環遍歷 vector 的元素並列印

我們也可以遍歷可變 vector 的每一個元素的可變引用以便能改變他們。範例 8-9 中的 for 循環會給每一個元素加 50：


#![allow(unused)]
fn main() {
let mut v = vec![100, 32, 57];
for i in &mut v {
    *i += 50;
}
}

範例8-9：遍歷 vector 中元素的可變引用

為了修改可變引用所指向的值，在使用 += 運算符之前必須使用解引用運算符（*）獲取 i 中的值。第十五章的 “透過解引用運算符追蹤指針的值” 部分會詳細介紹解引用運算符。

使用枚舉來儲存多種類型

在本章的開始，我們提到 vector 只能儲存相同類型的值。這是很不方便的；絕對會有需要儲存一系列不同類型的值的用例。幸運的是，枚舉的成員都被定義為相同的枚舉類型，所以當需要在 vector 中儲存不同類型值時，我們可以定義並使用一個枚舉！

例如，假如我們想要從電子表格的一行中獲取值，而這一行的有些列包含數字，有些包含浮點值，還有些是字串。我們可以定義一個枚舉，其成員會存放這些不同類型的值，同時所有這些枚舉成員都會被當作相同類型，那個枚舉的類型。接著可以創建一個儲存枚舉值的 vector，這樣最終就能夠儲存不同類型的值了。範例 8-10 展示了其用例：


#![allow(unused)]
fn main() {
enum SpreadsheetCell {
    Int(i32),
    Float(f64),
    Text(String),
}

let row = vec![
    SpreadsheetCell::Int(3),
    SpreadsheetCell::Text(String::from("blue")),
    SpreadsheetCell::Float(10.12),
];
}

範例 8-10：定義一個枚舉，以便能在 vector 中存放不同類型的數據

Rust 在編譯時就必須準確的知道 vector 中類型的原因在於它需要知道儲存每個元素到底需要多少記憶體。第二個好處是可以準確的知道這個 vector 中允許什麼類型。如果 Rust 允許 vector 存放任意類型，那麼當對 vector 元素執行操作時一個或多個類型的值就有可能會造成錯誤。使用枚舉外加 match 意味著 Rust 能在編譯時就保證總是會處理所有可能的情況，正如第六章講到的那樣。

如果在編寫程式時不能確切無遺地知道運行時會儲存進 vector 的所有類型，枚舉技術就行不通了。相反，你可以使用 trait 對象，第十七章會講到它。

現在我們了解了一些使用 vector 的最常見的方式，請一定去看看標準庫中 Vec 定義的很多其他實用方法的 API 文件。例如，除了 push 之外還有一個 pop 方法，它會移除並返回 vector 的最後一個元素。讓我們繼續下一個集合類型：String！