Rust数组：高效操作的全面指南

Rust 数组基础概念

Rust 数组是一种固定大小的、同类型元素的集合。数组长度在编译时确定，无法动态改变。数组类型表示为 [T; N]，其中 T 是元素类型，N 是数组长度。

数组声明语法：

let arr: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5];

初始化简化写法：

let arr = [1, 2, 3, 4, 5]; // 类型推断为[i32; 5]

数组初始化方式

默认值初始化：

let zeros = [0; 10]; // 创建包含10个0的数组

从切片初始化：

let slice = &[1, 2, 3];
let arr: [i32; 3] = slice.try_into().unwrap();

数组访问与操作

索引访问：

let first = arr[0];
let last = arr[arr.len() - 1];

数组遍历：

for element in &arr {
    println!("{}", element);
}

模式匹配解构：

let [a, b, c] = [1, 2, 3];

数组与切片关系

数组可自动转换为切片：

let slice: &[i32] = &arr;

切片方法可用于数组：

arr.iter().map(|x| x * 2).collect::<Vec<_>>();

多维数组实现

嵌套数组声明：

let matrix: [[i32; 3]; 3] = [
    [1, 2, 3],
    [4, 5, 6],
    [7, 8, 9]
];

访问多维数组：

let element = matrix[1][2]; // 获取第二行第三列元素

数组与性能优化

栈分配优势：数组在栈上分配，访问速度快于堆分配的Vec。

固定大小优化：编译器能对固定大小数组进行更好的优化。

边界检查消除： Rust编译器会在安全情况下自动移除数组访问的边界检查。

常见数组操作示例

数组排序：

let mut arr = [5, 2, 4, 1, 3];
arr.sort();

数组搜索：

if let Some(idx) = arr.iter().position(|&x| x == 3) {
    println!("Found at index {}", idx);
}

数组映射：

let squared: Vec<_> = arr.iter().map(|x| x * x).collect();

数组局限性解决方案

动态大小需求：当需要可变长度时，应使用Vec类型。

数组传递问题：大数组按值传递会复制，应使用引用或切片。

类型转换处理：不同长度数组是不同类型，可通过迭代器转换：

let arr1 = [1, 2, 3];
let arr2: [i32; 2] = arr1.iter().cloned().take(2).collect::<Vec<_>>().try_into().unwrap();

数组与模式匹配

解构匹配：

match arr {
    [1, 2, 3] => println!("Pattern matched"),
    _ => println!("Default case")
}

切片模式：

if let [first, .., last] = &arr {
    println!("First: {}, Last: {}", first, last);
}

数组安全注意事项

边界检查： Rust会进行运行时边界检查，越界访问会导致panic。

不可变默认：数组默认不可变，需要修改需声明mut：

let mut arr = [1, 2, 3];
arr[0] = 10;

类型安全：数组元素必须为同类型，混合类型会导致编译错误。

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