Structs e Traits em Rust
Структуры и трейты в Rust: ООП без классов
В Java/Python для объединения данных и методов используются классы. В Rust классов нет — вместо них структуры (struct) и трейты (trait).
Struct — структура данных
Аналогия: Анкета в школе. Поля: «Имя», «Возраст», «Класс». Структура — шаблон анкеты, экземпляр — конкретный ученик.
struct Student {
name: String,
age: u32,
grade: String,
gpa: f64,
}
fn main() {
let s1 = Student {
name: String::from("Алиса"),
age: 12,
grade: String::from("6А"),
gpa: 4.8,
};
println!("{} из {}", s1.name, s1.grade);
println!("Возраст: {}, Балл: {:.1}", s1.age, s1.gpa);
// Изменяемый экземпляр
let mut s2 = Student {
name: String::from("Боря"),
age: 13,
grade: String::from("7Б"),
gpa: 3.9,
};
s2.gpa = 4.2;
// Создание из другого (..)
let s3 = Student {
name: String::from("Вера"),
gpa: 4.5,
..s2 // остальные поля из s2
};
println!("Вера в классе {}", s3.grade);
}
impl — методы структуры
struct Rectangle { width: f64, height: f64 }
impl Rectangle {
fn new(width: f64, height: f64) -> Self {
Rectangle { width, height }
}
fn square(size: f64) -> Self {
Rectangle { width: size, height: size }
}
fn area(&self) -> f64 { self.width * self.height }
fn perimeter(&self) -> f64 { 2.0 * (self.width + self.height) }
fn is_square(&self) -> bool {
(self.width - self.height).abs() < 1e-10
}
fn scale(&mut self, factor: f64) {
self.width *= factor;
self.height *= factor;
}
fn can_contain(&self, other: &Rectangle) -> bool {
self.width > other.width && self.height > other.height
}
}
fn main() {
let r = Rectangle::new(5.0, 3.0);
println!("{}×{}: S={}, P={}", r.width, r.height, r.area(), r.perimeter());
println!("Квадрат? {}", r.is_square());
let mut r2 = Rectangle::new(3.0, 2.0);
r2.scale(2.0);
println!("После scale: {}×{}", r2.width, r2.height);
println!("r содержит r2? {}", r.can_contain(&r2));
}
Трейты — интерфейсы в Rust
Аналогия: Должностная инструкция. «Учитель должен: объяснять, проверять, оценивать». Каждый учитель реализует по-своему.
trait Shape {
fn area(&self) -> f64;
fn perimeter(&self) -> f64;
fn name(&self) -> &str;
// Метод по умолчанию
fn describe(&self) {
println!("{}: S={:.2}, P={:.2}", self.name(), self.area(), self.perimeter());
}
}
struct Circle { radius: f64 }
struct Square { side: f64 }
impl Shape for Circle {
fn area(&self) -> f64 { std::f64::consts::PI * self.radius * self.radius }
fn perimeter(&self) -> f64 { 2.0 * std::f64::consts::PI * self.radius }
fn name(&self) -> &str { "Круг" }
}
impl Shape for Square {
fn area(&self) -> f64 { self.side * self.side }
fn perimeter(&self) -> f64 { 4.0 * self.side }
fn name(&self) -> &str { "Квадрат" }
}
fn main() {
let c = Circle { radius: 5.0 };
let s = Square { side: 4.0 };
c.describe();
s.describe();
let shapes: Vec<&dyn Shape> = vec![&c, &s];
let total: f64 = shapes.iter().map(|s| s.area()).sum();
println!("Общая площадь: {:.2}", total);
}
derive — автоматическая генерация
#[derive(Debug, Clone, PartialEq)]
struct Point { x: f64, y: f64 }
impl Point {
fn new(x: f64, y: f64) -> Self { Point { x, y } }
fn distance(&self, other: &Point) -> f64 {
let dx = self.x - other.x;
let dy = self.y - other.y;
(dx*dx + dy*dy).sqrt()
}
}
fn main() {
let p1 = Point::new(0.0, 0.0);
let p2 = Point::new(3.0, 4.0);
println!("p1 = {:?}", p1); // Debug
let p3 = p2.clone(); // Clone
println!("p2 == p3: {}", p2 == p3); // PartialEq
println!("Расстояние: {}", p1.distance(&p2));
}
Enum и match
#[derive(Debug)]
enum Coin { Penny, Nickel, Dime, Quarter }
fn value(coin: &Coin) -> u32 {
match coin {
Coin::Penny => 1,
Coin::Nickel => 5,
Coin::Dime => 10,
Coin::Quarter => 25,
}
}
enum Direction { North, South, East, West }
fn main() {
let coin = Coin::Quarter;
println!("{:?} = {} центов", coin, value(&coin));
let dir = Direction::North;
match dir {
Direction::North => println!("↑ Север"),
Direction::South => println!("↓ Юг"),
Direction::East => println!("→ Восток"),
Direction::West => println!("← Запад"),
}
}
Option — почему в Rust нет null!
Тони Хоар, создавший null, назвал это своей «ошибкой в миллиард долларов». В Rust вместо null — Option: либо Some(x), либо None.
fn find_positive(nums: &[i32]) -> Option {
for &n in nums {
if n > 0 { return Some(n); }
}
None
}
fn divide(a: f64, b: f64) -> Option {
if b == 0.0 { None } else { Some(a / b) }
}
fn main() {
let nums = [-3, -1, 0, 5, 8];
match find_positive(&nums) {
Some(n) => println!("Первое положительное: {}", n),
None => println!("Положительных нет"),
}
println!("{:.4}", divide(10.0, 3.0).unwrap_or(0.0));
if let Some(r) = divide(8.0, 2.0) {
println!("8/2 = {}", r);
}
}
Result — безопасная обработка ошибок
fn parse(s: &str) -> Result {
s.trim().parse::().map_err(|e| format!("Ошибка: {}", e))
}
fn main() {
for input in ["42", " -7 ", "abc"] {
match parse(input) {
Ok(n) => println!("✅ '{input}' = {}", n * 2),
Err(e) => println!("❌ {}", e),
}
}
let n = parse("21").map(|n| n * 2);
println!("{:?}", n); // Ok(42)
}
Практика: библиотека фигур
trait Drawable {
fn draw(&self);
fn area(&self) -> f64;
}
struct Canvas { items: Vec> }
impl Canvas {
fn new() -> Self { Canvas { items: Vec::new() } }
fn add(&mut self, d: Box) { self.items.push(d); }
fn total_area(&self) -> f64 { self.items.iter().map(|d| d.area()).sum() }
fn render(&self) {
println!("=== Canvas ({} фигур) ===", self.items.len());
for item in &self.items { item.draw(); }
println!("Общая площадь: {:.2}", self.total_area());
}
}
struct Circ { r: f64 }
struct Rect { w: f64, h: f64 }
impl Drawable for Circ {
fn draw(&self) { println!(" ⭕ r={:.1} S={:.2}", self.r, self.area()); }
fn area(&self) -> f64 { std::f64::consts::PI * self.r * self.r }
}
impl Drawable for Rect {
fn draw(&self) { println!(" ▭ {}×{} S={:.2}", self.w, self.h, self.area()); }
fn area(&self) -> f64 { self.w * self.h }
}
fn main() {
let mut c = Canvas::new();
c.add(Box::new(Circ { r: 5.0 }));
c.add(Box::new(Rect { w: 8.0, h: 6.0 }));
c.add(Box::new(Circ { r: 3.0 }));
c.render();
}
Итого
Struct: именованные поля. impl Struct { fn new() -> Self {...} fn method(&self) {...} }. Трейты: интерфейс (набор методов). derive: автогенерация Debug, Clone, PartialEq и других. Enum: набор именованных вариантов с данными. Option<T>: Some(x) или None — замена null. Result<T, E>: Ok(x) или Err(e) — обработка ошибок.
Дополнительные примеры для практики
Программирование — это навык, который улучшается только с практикой. Вот несколько задач для самостоятельной работы:
Задача 1: Числовые паттерны
fn main() {
// Выведи пирамиду из звёздочек
for i in 1..=5 {
for _ in 0..i { print!("* "); }
println!();
}
// Числа Фибоначчи итеративно (быстрее рекурсии)
let mut a = 0u64;
let mut b = 1u64;
print!("Фибоначчи: ");
for _ in 0..15 {
print!("{} ", a);
let c = a + b;
a = b;
b = c;
}
println!();
// Простые числа через решето Эратосфена
let n = 50usize;
let mut is_prime = vec![true; n + 1];
is_prime[0] = false;
is_prime[1] = false;
let mut i = 2;
while i * i <= n {
if is_prime[i] {
let mut j = i * i;
while j <= n {
is_prime[j] = false;
j += i;
}
}
i += 1;
}
print!("Простые до {}: ", n);
for k in 2..=n {
if is_prime[k] { print!("{} ", k); }
}
println!();
}
Задача 2: Работа с данными
fn main() {
let data = vec![
("Алиса", 85.0f64),
("Боря", 72.0),
("Вера", 91.0),
("Гриша", 68.0),
("Даша", 95.0),
];
// Сортировка по убыванию
let mut sorted = data.clone();
sorted.sort_by(|a, b| b.1.partial_cmp(&a.1).unwrap());
println!("Топ учеников:");
for (i, (name, score)) in sorted.iter().enumerate() {
let medal = match i { 0 => "🥇", 1 => "🥈", 2 => "🥉", _ => " " };
println!("{} {} — {:.1}", medal, name, score);
}
let avg = data.iter().map(|(_, s)| s).sum::() / data.len() as f64;
let above: Vec<_> = data.iter().filter(|(_, s)| *s > avg).collect();
println!("
Средний балл: {:.2}", avg);
println!("Выше среднего: {}", above.len());
}
Разбор типичных задач
// Палиндром
fn is_palindrome(s: &str) -> bool {
let chars: Vec = s.chars().collect();
let n = chars.len();
for i in 0..n/2 {
if chars[i] != chars[n-1-i] { return false; }
}
true
}
// FizzBuzz
fn fizzbuzz(n: u32) -> String {
match (n % 3, n % 5) {
(0, 0) => "FizzBuzz".to_string(),
(0, _) => "Fizz".to_string(),
(_, 0) => "Buzz".to_string(),
_ => n.to_string(),
}
}
// Подсчёт слов в тексте
fn word_frequencies(text: &str) -> std::collections::HashMap<&str, usize> {
let mut freq = std::collections::HashMap::new();
for word in text.split_whitespace() {
*freq.entry(word).or_insert(0) += 1;
}
freq
}
fn main() {
println!("'racecar' палиндром? {}", is_palindrome("racecar"));
println!("'hello' палиндром? {}", is_palindrome("hello"));
for n in 1..=20 { print!("{} ", fizzbuzz(n)); }
println!();
let text = "rust rust код код код программирование";
let freq = word_frequencies(text);
let mut pairs: Vec<_> = freq.iter().collect();
pairs.sort_by(|a, b| b.1.cmp(a.1));
for (word, count) in pairs {
println!("'{}': {}", word, count);
}
}
Дополнительные примеры и упражнения
Работа с коллекциями
use std::collections::HashMap;
use std::collections::HashSet;
use std::collections::VecDeque;
fn main() {
// HashMap — ассоциативный массив
let mut scores: HashMap> = HashMap::new();
scores.entry("Алиса".to_string()).or_insert_with(Vec::new).push(5);
scores.entry("Алиса".to_string()).or_insert_with(Vec::new).push(4);
scores.entry("Боря".to_string()).or_insert_with(Vec::new).push(3);
scores.entry("Боря".to_string()).or_insert_with(Vec::new).push(4);
for (name, grades) in &scores {
let avg: f64 = grades.iter().sum::() as f64 / grades.len() as f64;
println!("{}: avg={:.2} grades={:?}", name, avg, grades);
}
// HashSet — уникальные значения
let mut seen: HashSet = HashSet::new();
let data = vec![1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4];
let mut unique = Vec::new();
for &n in &data {
if seen.insert(n) {
unique.push(n);
}
}
println!("Уникальные: {:?}", unique);
// Пересечение и объединение множеств
let set_a: HashSet<_> = [1, 2, 3, 4, 5].iter().collect();
let set_b: HashSet<_> = [3, 4, 5, 6, 7].iter().collect();
let intersection: Vec<_> = set_a.intersection(&set_b).collect();
let union: Vec<_> = set_a.union(&set_b).collect();
println!("Пересечение: {:?}", intersection);
println!("Объединение: {:?}", union);
// VecDeque — двусторонняя очередь
let mut queue: VecDeque = VecDeque::new();
queue.push_back(1);
queue.push_back(2);
queue.push_back(3);
queue.push_front(0);
println!("Очередь: {:?}", queue);
println!("Извлекли спереди: {:?}", queue.pop_front());
}
Обработка ошибок и ? оператор
use std::num::ParseIntError;
use std::fmt;
#[derive(Debug)]
enum AppError {
ParseError(ParseIntError),
ValidationError(String),
NotFound(String),
}
impl fmt::Display for AppError {
fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
match self {
AppError::ParseError(e) => write!(f, "Ошибка парсинга: {}", e),
AppError::ValidationError(msg) => write!(f, "Ошибка валидации: {}", msg),
AppError::NotFound(key) => write!(f, "Не найдено: {}", key),
}
}
}
impl From for AppError {
fn from(e: ParseIntError) -> Self { AppError::ParseError(e) }
}
fn parse_positive(s: &str) -> Result {
let n: i32 = s.trim().parse()?; // ? преобразует ParseIntError через From
if n <= 0 {
return Err(AppError::ValidationError(format!("{} не положительное", n)));
}
Ok(n as u32)
}
fn find_square_root(n: &str) -> Result {
let num = parse_positive(n)?;
Ok((num as f64).sqrt())
}
fn main() {
let inputs = ["25", "-5", "abc", "100", "0"];
for input in inputs {
match find_square_root(input) {
Ok(r) => println!("√{} = {:.4}", input, r),
Err(e) => println!("Ошибка для '{}': {}", input, e),
}
}
}
Итераторы — ленивые вычисления
fn main() {
let numbers = vec![1i32, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10];
// Цепочка итераторов — ленивая, выполняется при collect/sum/etc
let result: Vec = numbers.iter()
.filter(|&&n| n % 2 == 0) // только чётные: 2,4,6,8,10
.map(|&n| n * n) // квадраты: 4,16,36,64,100
.filter(|&n| n > 20) // > 20: 36,64,100
.map(|n| format!("{}²", (n as f64).sqrt() as i32)) // "6²", "8²", "10²"
.collect();
println!("{:?}", result);
// zip — объединяем два итератора
let names = vec!["Алиса", "Боря", "Вера"];
let grades = vec![4.8, 3.9, 4.5];
let combined: Vec<_> = names.iter().zip(grades.iter()).collect();
for (name, grade) in &combined {
println!("{}: {:.1}", name, grade);
}
// enumerate + zip
let numbered: Vec<_> = names.iter()
.zip(grades.iter())
.enumerate()
.map(|(i, (n, g))| format!("{}. {}: {}", i+1, n, g))
.collect();
println!("{:?}", numbered);
// scan — промежуточные результаты (как fold, но возвращает итератор)
let running_sum: Vec = (1..=5)
.scan(0, |acc, x| { *acc += x; Some(*acc) })
.collect();
println!("Нарастающая сумма: {:?}", running_sum); // [1, 3, 6, 10, 15]
// flat_map — flatten + map
let words = vec!["hello world", "foo bar baz"];
let all_words: Vec<&str> = words.iter()
.flat_map(|s| s.split_whitespace())
.collect();
println!("{:?}", all_words);
// take и skip
let first_5: Vec = (1..).take(5).collect();
let skip_5: Vec = (1..=10).skip(5).collect();
println!("take(5): {:?}", first_5);
println!("skip(5): {:?}", skip_5);
}
Полный проект: студенческая база данных
use std::collections::HashMap;
#[derive(Debug, Clone)]
struct Student {
name: String,
class: String,
grades: HashMap,
}
impl Student {
fn new(name: &str, class: &str) -> Self {
Student {
name: name.to_string(),
class: class.to_string(),
grades: HashMap::new(),
}
}
fn add_grade(&mut self, subject: &str, grade: f64) {
self.grades.insert(subject.to_string(), grade);
}
fn gpa(&self) -> f64 {
if self.grades.is_empty() { return 0.0; }
self.grades.values().sum::() / self.grades.len() as f64
}
fn is_excellent(&self) -> bool {
self.gpa() >= 4.5 && self.grades.values().all(|&g| g >= 4.0)
}
}
struct Database {
students: Vec,
}
impl Database {
fn new() -> Self { Database { students: Vec::new() } }
fn add(&mut self, student: Student) { self.students.push(student); }
fn by_class(&self, class: &str) -> Vec<&Student> {
self.students.iter().filter(|s| s.class == class).collect()
}
fn top_students(&self, n: usize) -> Vec<&Student> {
let mut sorted: Vec<&Student> = self.students.iter().collect();
sorted.sort_by(|a, b| b.gpa().partial_cmp(&a.gpa()).unwrap());
sorted.into_iter().take(n).collect()
}
fn class_average(&self, class: &str) -> f64 {
let class_students: Vec<_> = self.by_class(class);
if class_students.is_empty() { return 0.0; }
class_students.iter().map(|s| s.gpa()).sum::() / class_students.len() as f64
}
}
fn main() {
let mut db = Database::new();
let mut alice = Student::new("Алиса", "6А");
alice.add_grade("Математика", 5.0);
alice.add_grade("Русский", 5.0);
alice.add_grade("Английский", 4.0);
let mut bob = Student::new("Боря", "6Б");
bob.add_grade("Математика", 4.0);
bob.add_grade("Русский", 3.0);
bob.add_grade("Английский", 4.0);
let mut vera = Student::new("Вера", "6А");
vera.add_grade("Математика", 5.0);
vera.add_grade("Русский", 5.0);
vera.add_grade("Английский", 5.0);
db.add(alice);
db.add(bob);
db.add(vera);
println!("=== Класс 6А ===");
for s in db.by_class("6А") {
println!("{}: GPA={:.2} Отличник?{}", s.name, s.gpa(), s.is_excellent());
}
println!("\n=== Топ 2 студента ===");
for s in db.top_students(2) {
println!("{} ({}): {:.2}", s.name, s.class, s.gpa());
}
println!("\nСредний 6А: {:.2}", db.class_average("6А"));
println!("Средний 6Б: {:.2}", db.class_average("6Б"));
}
Советы для дальнейшего обучения
- The Rust Book — официальная книга, доступна на doc.rust-lang.org/book
- Rustlings — интерактивные упражнения:
cargo install rustlings - Rust by Example — примеры кода: doc.rust-lang.org/rust-by-example
- Exercism.io — задачи с ментором по треку Rust
- Crates.io — репозиторий пакетов для Rust