使用结构体的示例程序
为了理解我们何时可能想要使用结构体，让我们编写一个计算矩形面积的程序。我们将从使用单个变量开始，然后逐步重构程序，直到使用结构体为止。
让我们使用 Cargo 创建一个新的二进制项目，名为 rectangles，该项目将接收以像素为单位的矩形的宽度和高度，并计算矩形的面积。Listing 5-8 展示了一个简短的程序，展示了如何在我们的项目的 src/main.rs 中实现这一点。
fn main() { let width1 = 30; let height1 = 50; println!( "The area of the rectangle is {} square pixels.", area(width1, height1) ); } fn area(width: u32, height: u32) -> u32 { width * height }
现在，使用 cargo run 运行这个程序：
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.42s
Running `target/debug/rectangles`
The area of the rectangle is 1500 square pixels.
这段代码通过调用 area 函数并传入每个维度来成功计算出矩形的面积，但我们可以做更多的工作来使这段代码更加清晰和易读。
这段代码的问题在 area 函数的签名中显而易见：
fn main() {
let width1 = 30;
let height1 = 50;
println!(
"The area of the rectangle is {} square pixels.",
area(width1, height1)
);
}
fn area(width: u32, height: u32) -> u32 {
width * height
}area 函数应该计算一个矩形的面积，但我们编写的函数有两个参数，并且在程序的任何地方都不清楚这两个参数是相关的。将宽度和高度组合在一起会更易读和更易管理。我们已经在第 3 章的 “元组类型” 部分讨论过一种方法：使用元组。
使用元组进行重构
Listing 5-9 展示了我们程序的另一个版本，该版本使用了元组。
fn main() { let rect1 = (30, 50); println!( "The area of the rectangle is {} square pixels.", area(rect1) ); } fn area(dimensions: (u32, u32)) -> u32 { dimensions.0 * dimensions.1 }
在某种程度上，这个程序更好。元组让我们增加了一些结构，现在我们只传递一个参数。但在另一种方式上，这个版本不太清晰：元组没有为它们的元素命名，所以我们必须通过索引访问元组的部分，这使得我们的计算不那么明显。
混淆宽度和高度对于面积计算来说并不重要，但如果我们想在屏幕上绘制矩形，那就很重要了！我们必须记住 width 是元组索引 0，而 height 是元组索引 1。如果其他人要使用我们的代码，这将更难理解和记住。因为我们没有在代码中传达数据的含义，所以现在更容易引入错误。
使用结构体进行重构：增加更多意义
我们使用结构体通过为数据添加标签来增加意义。我们可以将我们使用的元组转换为一个结构体，该结构体具有整体的名称以及部分的名称，如 Listing 5-10 所示。
struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let rect1 = Rectangle { width: 30, height: 50, }; println!( "The area of the rectangle is {} square pixels.", area(&rect1) ); } fn area(rectangle: &Rectangle) -> u32 { rectangle.width * rectangle.height }
在这里，我们定义了一个结构体并将其命名为 Rectangle。在大括号内，我们将字段定义为 width 和 height，它们的类型都是 u32。然后，在 main 中，我们创建了一个特定的 Rectangle 实例，其宽度为 30，高度为 50。
我们的 area 函数现在定义了一个参数，我们将其命名为 rectangle，其类型是对 Rectangle 结构体实例的不可变借用。正如第 4 章提到的，我们希望借用结构体而不是获取其所有权。这样，main 保留其所有权并可以继续使用 rect1，这就是我们在函数签名和调用函数时使用 & 的原因。
area 函数访问 Rectangle 实例的 width 和 height 字段（注意，访问借用结构体实例的字段不会移动字段值，这就是为什么你经常看到结构体的借用）。我们的 area 函数签名现在准确地表达了我们的意思：使用 Rectangle 的 width 和 height 字段计算其面积。这传达了宽度和高度是相互关联的，并且它为值提供了描述性名称，而不是使用元组索引值 0 和 1。这是一个清晰度的胜利。
使用派生特性添加有用的功能
在调试程序时，能够打印 Rectangle 实例并查看其所有字段的值会很有用。Listing 5-11 尝试使用我们在前几章中使用过的 println! 宏。然而，这不会起作用。
struct Rectangle {
width: u32,
height: u32,
}
fn main() {
let rect1 = Rectangle {
width: 30,
height: 50,
};
println!("rect1 is {}", rect1);
}当我们编译这段代码时，会得到以下核心错误信息：
error[E0277]: `Rectangle` doesn't implement `std::fmt::Display`
println! 宏可以进行多种格式化，默认情况下，大括号告诉 println! 使用称为 Display 的格式化：输出直接供最终用户使用。我们目前见过的原始类型默认实现了 Display，因为只有一种方式可以向用户显示 1 或其他原始类型。但对于结构体，println! 应该如何格式化输出就不那么清楚了，因为有更多的显示可能性：你想要逗号吗？你想打印大括号吗？应该显示所有字段吗？由于这种歧义，Rust 不会尝试猜测我们想要什么，结构体也没有提供 Display 的实现供 println! 和 {} 占位符使用。
如果我们继续阅读错误信息，我们会发现这个有用的提示：
= help: the trait `std::fmt::Display` is not implemented for `Rectangle`
= note: in format strings you may be able to use `{:?}` (or {:#?} for pretty-print) instead
让我们试试看！println! 宏调用现在看起来像 println!("rect1 is {rect1:?}");。将 :? 放在大括号内告诉 println! 我们想要使用称为 Debug 的输出格式。Debug 特性使我们能够以对开发者有用的方式打印结构体，这样我们就可以在调试代码时看到它的值。
用这个更改编译代码。糟糕！我们仍然得到一个错误：
error[E0277]: `Rectangle` doesn't implement `Debug`
但再次，编译器给了我们一个有用的提示：
= help: the trait `Debug` is not implemented for `Rectangle`
= note: add `#[derive(Debug)]` to `Rectangle` or manually `impl Debug for Rectangle`
Rust 确实 包含了打印调试信息的功能，但我们必须显式选择才能使该功能对我们的结构体可用。为此，我们在结构体定义之前添加外部属性 #[derive(Debug)]，如 Listing 5-12 所示。
#[derive(Debug)] struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let rect1 = Rectangle { width: 30, height: 50, }; println!("rect1 is {rect1:?}"); }
现在当我们运行程序时，不会得到任何错误，并且会看到以下输出：
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.48s
Running `target/debug/rectangles`
rect1 is Rectangle { width: 30, height: 50 }
很好！这不是最漂亮的输出，但它显示了该实例的所有字段的值，这肯定会在调试时有所帮助。当我们有更大的结构体时，输出稍微易读一些会很有用；在这些情况下，我们可以在 println! 字符串中使用 {:#?} 而不是 {:?}。在这个例子中，使用 {:#?} 样式将输出以下内容：
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.48s
Running `target/debug/rectangles`
rect1 is Rectangle {
width: 30,
height: 50,
}
另一种使用 Debug 格式打印值的方法是使用 dbg! 宏，它获取表达式的所有权（与 println! 不同，后者获取引用），打印 dbg! 宏调用在代码中发生的位置的文件和行号以及该表达式的结果值，并返回该值的所有权。
注意：调用
dbg!宏会打印到标准错误控制台流（stderr），而不是println!，后者打印到标准输出控制台流（stdout）。我们将在第 12 章的 “将错误消息写入标准错误而不是标准输出” 部分 中更多地讨论stderr和stdout。
这里有一个例子，我们对分配给 width 字段的值以及 rect1 中整个结构体的值感兴趣：
#[derive(Debug)] struct Rectangle { width: u32, height: u32, } fn main() { let scale = 2; let rect1 = Rectangle { width: dbg!(30 * scale), height: 50, }; dbg!(&rect1); }
我们可以将 dbg! 放在表达式 30 * scale 周围，因为 dbg! 返回表达式值的所有权，width 字段将获得与没有 dbg! 调用时相同的值。我们不希望 dbg! 获取 rect1 的所有权，所以我们在下一个调用中使用 rect1 的引用。以下是这个例子的输出：
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.61s
Running `target/debug/rectangles`
[src/main.rs:10:16] 30 * scale = 60
[src/main.rs:14:5] &rect1 = Rectangle {
width: 60,
height: 50,
}
我们可以看到第一部分的输出来自 src/main.rs 的第 10 行，我们在那里调试表达式 30 * scale，其结果值为 60（为整数实现的 Debug 格式化只打印它们的值）。第 14 行的 dbg! 调用输出了 &rect1 的值，即 Rectangle 结构体。这个输出使用了 Rectangle 类型的漂亮 Debug 格式化。dbg! 宏在你试图弄清楚代码在做什么时非常有用！
除了 Debug 特性外，Rust 还为我们提供了许多特性，可以与 derive 属性一起使用，这些特性可以为我们的自定义类型添加有用的行为。这些特性及其行为列在 附录 C 中。我们将在第 10 章中介绍如何实现这些特性以及如何创建自己的特性。还有许多其他属性；更多信息请参见 Rust 参考中的 “属性” 部分。
我们的 area 函数非常具体：它只计算矩形的面积。将这个行为与我们的 Rectangle 结构体更紧密地绑定在一起会很有帮助，因为它不适用于任何其他类型。让我们看看如何通过将 area 函数转换为定义在 Rectangle 类型上的 area 方法 来继续重构这段代码。