第6章 枚举和模式匹配
本章我们会介绍枚举（enumerations），也叫作 enums。枚举让你可以通过列举某个类型所有可能的 变体（variants）来定义这个类型。首先，我们会定义并使用一个枚举，展示它如何把含义和数据一起编码进去。接着，我们会探索一个特别有用的枚举 Option，它表达的是一个值要么是某个值，要么什么都不是。然后，我们会看到 match 表达式中的模式匹配如何让我们针对枚举的不同值运行不同的代码。最后，我们会介绍 if let，这是在代码中处理枚举时另一种简洁方便的惯用写法。
枚举的定义
枚举的定义
结构体给予你将字段和数据聚合在一起的方法，像 Rectangle 结构体有 width 和 height 两个字段。而枚举给予你一个途径去声明某个值是一个集合中的一员。比如，我们想让 Rectangle 是一些形状的集合，包含 Circle 和 Triangle 。为此，Rust 允许我们将这些可能性编码为一个枚举类型。
让我们看看一个需要诉诸于代码的场景，来考虑为何此时使用枚举更为合适且实用。假设我们要处理 IP 地址。目前被广泛使用的两个主要 IP 标准：IPv4（version four）和 IPv6（version six）。这是我们的程序可能会遇到的所有可能的 IP 地址类型：所以可以枚举出所有可能的值，这也正是枚举一词的由来。
任何一个 IP 地址要么是 IPv4 的要么是 IPv6 的，而且不能两者都是。IP 地址的这个特性使得枚举数据结构非常适合这个场景，因为枚举值只可能是其中一个变体。IPv4 和 IPv6 从根本上讲仍是 IP 地址，所以当代码在处理适用于任何类型的 IP 地址的场景时应该把它们当作相同的类型。
可以通过在代码中定义一个 IpAddrKind 枚举来表现这个概念并列出可能的 IP 地址类型，V4 和 V6。这被称为枚举的变体（variants）：
enum IpAddrKind {
V4,
V6,
}
fn main() {
let four = IpAddrKind::V4;
let six = IpAddrKind::V6;
route(IpAddrKind::V4);
route(IpAddrKind::V6);
}
fn route(ip_kind: IpAddrKind) {}现在 IpAddrKind 就是一个可以在代码中使用的自定义数据类型了。
枚举值
可以像这样创建 IpAddrKind 两个不同变体的实例：
enum IpAddrKind {
V4,
V6,
}
fn main() {
let four = IpAddrKind::V4;
let six = IpAddrKind::V6;
route(IpAddrKind::V4);
route(IpAddrKind::V6);
}
fn route(ip_kind: IpAddrKind) {}注意枚举的变体位于其标识符的命名空间中，并使用两个冒号分开。这么设计的益处是现在 IpAddrKind::V4 和 IpAddrKind::V6 都是 IpAddrKind 类型的。例如，接着可以定义一个函数来接收任何 IpAddrKind类型的参数：
enum IpAddrKind {
V4,
V6,
}
fn main() {
let four = IpAddrKind::V4;
let six = IpAddrKind::V6;
route(IpAddrKind::V4);
route(IpAddrKind::V6);
}
fn route(ip_kind: IpAddrKind) {}现在可以使用任一变体来调用这个函数：
enum IpAddrKind {
V4,
V6,
}
fn main() {
let four = IpAddrKind::V4;
let six = IpAddrKind::V6;
route(IpAddrKind::V4);
route(IpAddrKind::V6);
}
fn route(ip_kind: IpAddrKind) {}使用枚举甚至还有更多优势。进一步考虑一下我们的 IP 地址类型，目前没有一个存储实际 IP 地址数据的方法；只知道它是什么类型的。考虑到已经在第五章学习过结构体了，你可能会像示例 6-1 那样尝试用结构体来解决这个问题：
fn main() {
enum IpAddrKind {
V4,
V6,
}
struct IpAddr {
kind: IpAddrKind,
address: String,
}
let home = IpAddr {
kind: IpAddrKind::V4,
address: String::from("127.0.0.1"),
};
let loopback = IpAddr {
kind: IpAddrKind::V6,
address: String::from("::1"),
};
}示例 6-1：将 IP 地址的数据和 IpAddrKind 变体存储在一个 struct 中
这里我们定义了一个有两个字段的结构体 IpAddr：IpAddrKind（之前定义的枚举）类型的 kind 字段和 String 类型 address 字段。我们有这个结构体的两个实例。第一个，home，它的 kind 的值是 IpAddrKind::V4 与之相关联的地址数据是 127.0.0.1。第二个实例，loopback，kind 的值是 IpAddrKind 的另一个变体，V6，关联的地址是 ::1。我们使用了一个结构体来将 kind 和 address 打包在一起，现在枚举变体就与值相关联了。
我们可以使用一种更简洁的方式来表达相同的概念，仅仅使用枚举并将数据直接放进每一个枚举变体而不是将枚举作为结构体的一部分。IpAddr 枚举的新定义表明了 V4 和 V6 变体都关联了 String 值：
fn main() {
enum IpAddr {
V4(String),
V6(String),
}
let home = IpAddr::V4(String::from("127.0.0.1"));
let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1"));
}我们直接将数据附加到枚举的每个变体上，这样就不需要一个额外的结构体了。这里也很容易看出枚举工作的另一个细节：每一个我们定义的枚举变体的名字也变成了一个构建枚举的实例的函数。也就是说，IpAddr::V4() 是一个获取 String 参数并返回 IpAddr 类型实例的函数调用。作为定义枚举的结果，这些构造函数会自动被定义。
用枚举替代结构体还有另一个优势：每个变体可以处理不同类型和数量的数据。IPv4 版本的 IP 地址总是含有四个值在 0 和 255 之间的数字部分。如果我们想要将 V4 地址存储为四个 u8 值而 V6 地址仍然表现为一个 String，这就不能使用结构体了。枚举则可以轻易的处理这个情况：
fn main() {
enum IpAddr {
V4(u8, u8, u8, u8),
V6(String),
}
let home = IpAddr::V4(127, 0, 0, 1);
let loopback = IpAddr::V6(String::from("::1"));
}这些代码展示了使用枚举来存储两种不同 IP 地址的几种可能的选择。然而，事实证明存储和编码 IP 地址实在是太常见了以致标准库提供了一个开箱即用的定义！让我们看看标准库是如何定义 IpAddr 的：它正有着跟我们定义和使用的一样的枚举和变体，不过它将变体中的地址数据嵌入到了两个不同形式的结构体中，它们对不同的变体的定义是不同的：
#![allow(unused)]
fn main() {
struct Ipv4Addr {
// --snip--
}
struct Ipv6Addr {
// --snip--
}
enum IpAddr {
V4(Ipv4Addr),
V6(Ipv6Addr),
}
}这些代码展示了可以将任意类型的数据放入枚举变体中：例如字符串、数字类型或者结构体。甚至可以包含另一个枚举！另外，标准库中的类型通常并不比你设想出来的要复杂多少。
注意虽然标准库中包含一个 IpAddr 的定义，仍然可以创建和使用我们自己的定义而不会有冲突，因为我们并没有将标准库中的定义引入作用域。第七章会讲到如何导入类型。
来看看示例 6-2 中的另一个枚举的例子：它的变体中内嵌了多种多样的类型：
enum Message {
Quit,
Move { x: i32, y: i32 },
Write(String),
ChangeColor(i32, i32, i32),
}
fn main() {}示例 6-2：一个 Message 枚举，其每个变体都存储了不同数量和类型的值
这个枚举有四个含有不同类型的变体：
Quit没有关联任何数据。Move类似结构体包含命名字段。Write包含单独一个String。ChangeColor包含三个i32。
定义一个如示例 6-2 中所示那样的有关联值的枚举的方式和定义多个不同类型的结构体的方式很相像，除了枚举不使用 struct 关键字以及其所有变体都被组合在一起位于 Message 类型下。如下这些结构体可以包含与之前枚举变体中相同的数据：
struct QuitMessage; // 类单元结构体
struct MoveMessage {
x: i32,
y: i32,
}
struct WriteMessage(String); // 元组结构体
struct ChangeColorMessage(i32, i32, i32); // 元组结构体
fn main() {}不过，如果我们使用不同的结构体，由于它们都有不同的类型，我们将不能像使用示例 6-2 中定义的 Message 枚举那样，轻易的定义一个能够处理这些不同类型的结构体的函数，因为枚举是单独一个类型。
结构体和枚举还有另一个相似点：就像可以使用 impl 来为结构体定义方法那样，也可以在枚举上定义方法。这是一个定义于我们 Message 枚举上的叫做 call 的方法：
fn main() {
enum Message {
Quit,
Move { x: i32, y: i32 },
Write(String),
ChangeColor(i32, i32, i32),
}
impl Message {
fn call(&self) {
// 在这里定义方法体
}
}
let m = Message::Write(String::from("hello"));
m.call();
}方法体使用了 self 来获取调用方法的值。这个例子中，创建了一个值为 Message::Write(String::from("hello")) 的变量 m，而且这就是当 m.call() 运行时 call 方法中的 self 的值。
让我们看看标准库中的另一个非常常见且实用的枚举：Option。
Option 枚举
这一部分会分析一个 Option 的案例，Option 是标准库定义的另一个枚举。Option 类型应用广泛因为它编码了一个非常普遍的场景，即一个值要么有值要么没值。
例如，如果请求一个非空列表的第一项，会得到一个值，如果请求一个空的列表，就什么也不会得到。从类型系统的角度来表达这个概念就意味着编译器需要检查是否处理了所有应该处理的情况，这样就可以避免在其他编程语言中非常常见的 bug。
编程语言的设计经常要考虑包含哪些功能，但考虑排除哪些功能也很重要。Rust 并没有很多其他语言中有的空值功能。空值（Null ）是一个值，它代表没有值。在有空值的语言中，变量总是这两种状态之一：空值和非空值。
Tony Hoare，null 的发明者，在他 2009 年的演讲 “Null References: The Billion Dollar Mistake” 中曾经说到：
I call it my billion-dollar mistake. At that time, I was designing the first comprehensive type system for references in an object-oriented language. My goal was to ensure that all use of references should be absolutely safe, with checking performed automatically by the compiler. But I couldn’t resist the temptation to put in a null reference, simply because it was so easy to implement. This has led to innumerable errors, vulnerabilities, and system crashes, which have probably caused a billion dollars of pain and damage in the last forty years.
我称之为我十亿美元的错误。当时，我在为一个面向对象语言设计第一个综合性的面向引用的类型系统。我的目标是通过编译器的自动检查来保证所有引用的使用都应该是绝对安全的。不过我未能抵抗住引入一个空引用的诱惑，仅仅是因为它是这么的容易实现。这引发了无数错误、漏洞和系统崩溃，在过去四十年里可能造成了价值十亿美元的痛苦和损失。
空值的问题在于当你尝试像一个非空值那样使用一个空值，会出现某种形式的错误。因为空和非空的属性无处不在，非常容易出现这类错误。
然而，空值尝试表达的概念仍然是有意义的：空值是一个因为某种原因目前无效或缺失的值。
问题不在于概念而在于具体的实现。为此，Rust 并没有空值，不过它确实拥有一个可以编码存在或不存在概念的枚举。这个枚举是 Option<T>，而且它定义于标准库中，如下：
#![allow(unused)]
fn main() {
enum Option<T> {
None,
Some(T),
}
}Option<T> 枚举是如此有用以至于它甚至被包含在了 prelude 之中，无需将其显式引入作用域。另外，它的变体也是如此：可以不需要 Option:: 前缀来直接使用 Some 和 None。即便如此 Option<T> 也仍是常规的枚举，Some(T) 和 None 仍是 Option<T> 的变体。
<T> 语法是一个我们还未讲到的 Rust 功能。它是一个泛型类型参数，第十章会更详细的讲解泛型。目前，所有你需要知道的就是 <T> 意味着 Option 枚举的 Some 变体可以包含任意类型的数据，同时每一个用于 T 位置的具体类型使得 Option<T> 整体作为不同的类型。这里是一些包含数字类型和字符类型 Option 值的例子：
fn main() {
let some_number = Some(5);
let some_char = Some('e');
let absent_number: Option<i32> = None;
}some_number 的类型是 Option<i32>。some_char 的类型是 Option<char>，是不同于 some_number 的类型。因为我们在 Some 变体中指定了值，Rust 可以推断其类型。对于 absent_number，Rust 需要我们指定 Option 整体的类型，因为编译器只通过 None 值无法推断出 Some 变体保存的值的类型。这里我们告诉 Rust 希望 absent_number 是 Option<i32> 类型的。
当有一个 Some 值时，我们就知道存在一个值，而这个值保存在 Some 中。当有个 None 值时，在某种意义上，它跟空值具有相同的意义：并没有一个有效的值。那么，Option<T> 为什么就比空值要好呢？
简而言之，因为 Option<T> 和 T（这里的 T 可以是任何类型）是不同的类型，所以编译器不允许我们把 Option<T> 当成一个肯定有效的值来使用。例如，这段代码不能编译，因为它试图把 Option<i8> 和 i8 相加：
fn main() {
let x: i8 = 5;
let y: Option<i8> = Some(5);
let sum = x + y;
}如果运行这些代码，将得到类似这样的错误信息：
$ cargo run
Compiling enums v0.1.0 (file:///projects/enums)
error[E0277]: cannot add `Option<i8>` to `i8`
--> src/main.rs:5:17
|
5 | let sum = x + y;
| ^ no implementation for `i8 + Option<i8>`
|
= help: the trait `Add<Option<i8>>` is not implemented for `i8`
= help: the following other types implement trait `Add<Rhs>`:
`&i8` implements `Add<i8>`
`&i8` implements `Add`
`i8` implements `Add<&i8>`
`i8` implements `Add`
For more information about this error, try `rustc --explain E0277`.
error: could not compile `enums` (bin "enums") due to 1 previous error
很好！事实上，这条错误信息的意思是，Rust 不知道该如何把 Option<i8> 和 i8 相加，因为它们是不同的类型。当我们在 Rust 中拥有一个像 i8 这样的值时，编译器会确保它总是有效的。我们可以放心使用它，而无需先做空值检查。只有当我们使用 Option<i8>（或者任何别的 Option<T>）时，才需要考虑值可能不存在，而编译器会确保我们在使用这个值之前处理了这种情况。
换句话说，在对 Option<T> 进行运算之前必须将其转换为 T。通常这能帮助我们捕获到空值最常见的问题之一：假设某值不为空但实际上为空的情况。
消除了错误地假设一个非空值的风险，会让你对代码更加有信心。为了拥有一个可能为空的值，你必须要显式的将其放入对应类型的 Option<T> 中。接着，当使用这个值时，必须明确的处理值为空的情况。只要一个值不是 Option<T> 类型，你就可以安全的认定它的值不为空。这是 Rust 的一个经过深思熟虑的设计决策，来限制空值的泛滥以增加 Rust 代码的安全性。
那么当有一个 Option<T> 的值时，如何从 Some 变体中取出 T 的值来使用它呢？Option<T> 枚举拥有大量用于各种情况的方法：你可以查看它的文档。熟悉 Option<T> 的方法将对你的 Rust 之旅非常有用。
总的来说，为了使用 Option<T> 值，需要编写处理每个变体的代码。你想要一些代码只当拥有 Some(T) 值时运行，允许这些代码使用其中的 T。也希望一些代码只在值为 None 时运行，这些代码并没有一个可用的 T 值。match 表达式就是这么一个处理枚举的控制流结构：它会根据枚举的变体运行不同的代码，这些代码可以使用匹配到的值中的数据。
match 控制流结构
match 控制流结构
Rust 有一个叫做 match 的极为强大的控制流运算符，它允许我们将一个值与一系列的模式相比较，并根据相匹配的模式执行相应代码。模式可由字面值、变量、通配符和许多其他内容构成；第十九章会涉及到所有不同种类的模式以及它们的作用。match 的力量来源于模式的表现力，以及编译器能够确认所有可能情况均已被覆盖。
可以把 match 表达式想象成某种硬币分类器：硬币滑入有着不同大小孔洞的轨道，每一个硬币都会掉入符合它大小的孔洞。同样地，值也会通过 match 的每一个模式，并且在遇到第一个 “符合” 的模式时，值会进入相关联的代码块并在执行中被使用。
因为刚刚提到了硬币，让我们用它们来作为一个使用 match 的例子！我们可以编写一个函数来获取一个未知的美国硬币，并以一种类似验钞机的方式，确定它是何种硬币并返回它的美分值，如示例 6-3 中所示。
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,
}
}
fn main() {}示例 6-3：一个枚举和一个以枚举变体作为模式的 match 表达式
拆开 value_in_cents 函数中的 match 来看。首先，我们列出 match 关键字后跟一个表达式，在这个例子中是 coin 的值。这看起来非常像 if 所使用的条件表达式，不过这里有一个非常大的区别：对于 if，表达式必须返回一个布尔值，而这里它可以是任何类型的。例子中的 coin 的类型是示例 6-3 中定义的 Coin 枚举。
接下来是 match 的分支。一个分支有两个部分：一个模式和一些代码。第一个分支的模式是值 Coin::Penny 而之后的 => 运算符将模式和将要运行的代码分开。这里的代码就仅仅是值 1。每一个分支之间使用逗号分隔。
当 match 表达式执行时，它将结果值按顺序与每一个分支的模式相比较。如果模式匹配了这个值，这个模式相关联的代码将被执行。如果模式并不匹配这个值，将继续执行下一个分支，非常类似一个硬币分类器。可以拥有任意多的分支：示例 6-3 中的 match 有四个分支。
每个分支相关联的代码是一个表达式，而表达式的结果值将作为整个 match 表达式的返回值。
如果分支代码较短的话通常不使用大括号，正如示例 6-3 中的每个分支都只是返回一个值。如果想要在分支中运行多行代码，可以使用大括号，而分支后的逗号是可选的。例如，如下代码在每次使用Coin::Penny 调用时都会打印出 “Lucky penny!”，同时仍然返回代码块最后的值，1：
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,
}
}
fn main() {}绑定值的模式
匹配分支的另一个有用的功能是可以绑定匹配的模式的部分值。这也就是如何从枚举变体中提取值的。
作为一个例子，让我们修改枚举的一个变体来存放数据。1999 年到 2008 年间，美国在 25 美分的硬币的一侧为 50 个州的每一个都印刷了不同的设计。其他的硬币都没有这种区分州的设计，所以只有这些 25 美分硬币有特殊的价值。可以将这些信息加入我们的 enum，通过改变 Quarter 变体来包含一个 State 值，示例 6-4 中完成了这些修改：
#[derive(Debug)] // 这样可以立刻看到州的名称
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter(UsState),
}
fn main() {}示例 6-4：Quarter 变体也存放了一个 UsState 值的 Coin 枚举
想象一下我们的一个朋友尝试收集所有 50 个州的 25 美分硬币。在根据硬币类型分类零钱的同时，也可以报告出每个 25 美分硬币所对应的州名称，这样如果我们的朋友没有的话，他可以将其加入收藏。
在这些代码的匹配表达式中，我们在匹配 Coin::Quarter 变体的分支的模式中增加了一个叫做 state 的变量。当匹配到 Coin::Quarter 时，变量 state 将会绑定 25 美分硬币所对应州的值。接着在那个分支的代码中使用 state，如下：
#[derive(Debug)]
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
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
}
}
}
fn main() {
value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska));
}如果调用 value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska))，coin 将是 Coin::Quarter(UsState::Alaska)。当将值与每个分支相比较时，没有分支会匹配，直到遇到 Coin::Quarter(state)。这时，state 绑定的将会是值 UsState::Alaska。接着就可以在 println! 表达式中使用这个绑定了，像这样就可以获取 Coin 枚举的 Quarter 变体中内部的州的值。
匹配 Option<T>
我们在之前的部分中使用 Option<T> 时，是为了从 Some 中取出其内部的 T 值；我们还可以像处理 Coin 枚举那样使用 match 处理 Option<T>！只不过这回比较的不再是硬币，而是 Option<T> 的变体，但 match 表达式的工作方式保持不变。
比如我们想要编写一个函数，它获取一个 Option<i32> ，如果其中含有一个值，将其加一。如果其中没有值，函数应该返回 None 值，而不尝试执行任何操作。
得益于 match，编写这个函数非常简单，它将看起来像示例 6-5 中这样：
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);
}示例 6-5：一个在 Option<i32> 上使用 match 表达式的函数
让我们更仔细地检查 plus_one 的第一行操作。当调用 plus_one(five) 时，plus_one 函数体中的 x 将会是值 Some(5)。接着将其与每个分支比较。
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);
}值 Some(5) 并不匹配模式 None，所以继续进行下一个分支。
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);
}Some(5) 与 Some(i) 匹配吗？当然匹配！它们是相同的变体。i 绑定了 Some 中包含的值，所以 i 的值是 5。接着匹配分支的代码被执行，所以我们将 i 的值加一并返回一个含有值 6 的新 Some。
接着考虑下示例 6-5 中 plus_one 的第二个调用，这里 x 是 None。我们进入 match 并与第一个分支相比较。
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);
}匹配成功！这里没有值来加一，所以程序结束并返回 => 右侧的值 None，因为第一个分支就匹配到了，其他的分支将不再比较。
将 match 与枚举相结合在很多场景中都是有用的。你会在 Rust 代码中看到很多这样的模式：match 一个枚举，绑定其中的值到一个变量，接着根据其值执行代码。这在一开始有点复杂，不过一旦习惯了，你会希望所有语言都拥有它！这一直是用户的最爱。
匹配是穷尽的
match 还有另一方面需要讨论：这些分支必须覆盖了所有的可能性。考虑一下 plus_one 函数的这个版本，它有一个 bug 并不能编译：
fn main() {
fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
match x {
Some(i) => Some(i + 1),
}
}
let five = Some(5);
let six = plus_one(five);
let none = plus_one(None);
}我们没有处理 None 的情况，所以这些代码会造成一个 bug。幸运的是，这是一个 Rust 知道如何处理的 bug。如果尝试编译这段代码，会得到这个错误：
$ cargo run
Compiling enums v0.1.0 (file:///projects/enums)
error[E0004]: non-exhaustive patterns: `None` not covered
--> src/main.rs:3:15
|
3 | match x {
| ^ pattern `None` not covered
|
note: `Option<i32>` defined here
--> /rustc/1159e78c4747b02ef996e55082b704c09b970588/library/core/src/option.rs:593:1
::: /rustc/1159e78c4747b02ef996e55082b704c09b970588/library/core/src/option.rs:597:5
|
= note: not covered
= note: the matched value is of type `Option<i32>`
help: ensure that all possible cases are being handled by adding a match arm with a wildcard pattern or an explicit pattern as shown
|
4 ~ Some(i) => Some(i + 1),
5 ~ None => todo!(),
|
For more information about this error, try `rustc --explain E0004`.
error: could not compile `enums` (bin "enums") due to 1 previous error
Rust 知道我们没有覆盖所有可能的情况甚至知道哪些模式被忘记了！Rust 中的匹配是 穷尽的（exhaustive）：必须穷举到最后的可能性来使代码有效。特别的在这个 Option<T> 的例子中，Rust 防止我们忘记明确的处理 None 的情况，这让我们免于假设拥有一个实际上为空的值，从而使之前提到的价值亿万的错误不可能发生。
通配模式和 _ 占位符
使用枚举，我们也可以针对少数几个特定值执行特殊操作，而对其他所有值采取默认操作。想象我们正在玩一个游戏，如果你掷出骰子的值为 3，角色不会移动，而是会得到一顶新奇的帽子。如果你掷出了 7，你的角色将失去一顶新奇的帽子。对于其他的数值，你的角色会在棋盘上移动相应的格子。这是一个实现了上述逻辑的 match，骰子的结果是硬编码而不是一个随机值，其他的逻辑部分使用了没有函数体的函数来表示，实现它们超出了本例的范围：
fn main() {
let dice_roll = 9;
match dice_roll {
3 => add_fancy_hat(),
7 => remove_fancy_hat(),
other => move_player(other),
}
fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}
fn move_player(num_spaces: u8) {}
}对于前两个分支，匹配模式是字面值 3 和 7，最后一个分支则涵盖了所有其他可能的值，模式是我们命名为 other 的一个变量。other 分支的代码通过将其传递给 move_player 函数来使用这个变量。
即使我们没有列出 u8 所有可能的值，这段代码依然能够编译，因为最后一个模式将匹配所有未被特殊列出的值。这种通配模式满足了 match 必须被穷尽的要求。请注意，我们必须将通配分支放在最后，因为模式是按顺序匹配的。如果我们在通配分支后添加其他分支，Rust 将会警告我们，因为此后的分支永远不会被匹配到。
Rust 还提供了一个模式，当我们不想使用通配模式获取的值时，请使用 _ ，这是一个特殊的模式，可以匹配任意值而不绑定到该值。这告诉 Rust 我们不会使用这个值，所以 Rust 也不会警告我们存在未使用的变量。
让我们改变游戏规则：现在，当你掷出的值不是 3 或 7 的时候，你必须再次掷出。这种情况下我们不需要使用这个值，所以我们改动代码使用 _ 来替代变量 other ：
fn main() {
let dice_roll = 9;
match dice_roll {
3 => add_fancy_hat(),
7 => remove_fancy_hat(),
_ => reroll(),
}
fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}
fn reroll() {}
}这个例子也满足穷尽性要求，因为我们在最后一个分支中显式地忽略了其它值。我们没有忘记处理任何东西。
最后，让我们再次改变游戏规则，如果你掷出 3 或 7 以外的值，你的回合将无事发生。我们可以使用单元值（在“元组类型”一节中提到的空元组）作为 _ 分支的代码：
fn main() {
let dice_roll = 9;
match dice_roll {
3 => add_fancy_hat(),
7 => remove_fancy_hat(),
_ => (),
}
fn add_fancy_hat() {}
fn remove_fancy_hat() {}
}在这里，我们明确告诉 Rust 我们不会使用与前面模式不匹配的值，并且这种情况下我们不想运行任何代码。
我们将在第十九章中介绍更多关于模式和匹配的内容。现在，让我们继续讨论 if let 语法，这在 match 表达式显得有些冗长时非常有用。
if let 和 let else 简洁控制流
if let 和 let else 简洁控制流
if let 语法让我们以一种不那么冗长的方式结合 if 和 let，来处理只匹配一个模式的值而忽略其他模式的情况。考虑示例 6-6 中的程序，它匹配一个 config_max 变量中的 Option<u8> 值并只希望当值为 Some 变体时执行代码：
fn main() {
let config_max = Some(3u8);
match config_max {
Some(max) => println!("The maximum is configured to be {max}"),
_ => (),
}
}示例 6-6：match 只关心当值为 Some 时执行代码
如果值是 Some，我们希望打印出 Some 变体中的值，这个值被绑定到模式中的 max 变量里。对于 None 值我们不希望做任何操作。为了满足 match 表达式（穷尽性）的要求，必须在处理完这唯一的变体后加上 _ => ()，这样也要增加很多繁琐的样板代码。
不过我们可以使用 if let 这种简洁的方式编写。如下代码与示例 6-6 中的 match 行为一致：
fn main() {
let config_max = Some(3u8);
if let Some(max) = config_max {
println!("The maximum is configured to be {max}");
}
}if let 语法获取通过等号分隔的一个模式和一个表达式。它的工作方式与 match 相同，这里的表达式对应 match 而模式则对应第一个分支。在这个例子中，模式是 Some(max)，max 绑定为 Some 中的值。接着可以在 if let 代码块中使用 max 了，就跟在对应的 match 分支中一样。只有当值匹配该模式时，if let 块中的代码才会执行。
使用 if let 意味着更少的输入、更少的缩进，也更少的样板代码。然而，这样也会失去 match 所强制的穷尽性检查，也就无法确保你没有遗漏某些情况。match 和 if let 之间的选择依赖特定的环境以及增加简洁度和失去穷尽性检查的权衡取舍。
换句话说，可以认为 if let 是 match 的一个语法糖，它当值匹配某一模式时执行代码而忽略所有其他值。
可以在 if let 中包含一个 else。else 块中的代码与 match 表达式中的 _ 分支块中的代码相同，这样的 match 表达式就等同于 if let 和 else。回忆一下示例 6-4 中 Coin 枚举的定义，其 Quarter 变体也包含一个 UsState 值。如果想要计数所有不是 25 美分的硬币的同时也报告 25 美分硬币所属的州，可以使用这样一个 match 表达式：
#[derive(Debug)]
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter(UsState),
}
fn main() {
let coin = Coin::Penny;
let mut count = 0;
match coin {
Coin::Quarter(state) => println!("State quarter from {state:?}!"),
_ => count += 1,
}
}或者可以使用这样的 if let 和 else 表达式：
#[derive(Debug)]
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter(UsState),
}
fn main() {
let coin = Coin::Penny;
let mut count = 0;
if let Coin::Quarter(state) = coin {
println!("State quarter from {state:?}!");
} else {
count += 1;
}
}使用 let...else 来保持在 “愉快路径”（“Happy Path”）
在实际编程中，一个常见的场景是：如果某个值存在，就对它做一些操作；如果不存在，就返回一个默认值。还是继续用处理 UsState 的硬币作为例子。假设我们要写点有趣的逻辑，它依赖于硬币所代表的州成立了多久。我们就可以在 UsState 上定义一个方法，用来检查州的“年龄”：
#[derive(Debug)] // so we can inspect the state in a minute
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
impl UsState {
fn existed_in(&self, year: u16) -> bool {
match self {
UsState::Alabama => year >= 1819,
UsState::Alaska => year >= 1959,
// -- snip --
}
}
}
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter(UsState),
}
fn describe_state_quarter(coin: Coin) -> Option<String> {
if let Coin::Quarter(state) = coin {
if state.existed_in(1900) {
Some(format!("{state:?} is pretty old, for America!"))
} else {
Some(format!("{state:?} is relatively new."))
}
} else {
None
}
}
fn main() {
if let Some(desc) = describe_state_quarter(Coin::Quarter(UsState::Alaska)) {
println!("{desc}");
}
}接着我们可能使用 if let 来匹配硬币的类型，在条件代码中引入一个 state，如示例 6-7 所示。
#[derive(Debug)] // so we can inspect the state in a minute
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
impl UsState {
fn existed_in(&self, year: u16) -> bool {
match self {
UsState::Alabama => year >= 1819,
UsState::Alaska => year >= 1959,
// -- snip --
}
}
}
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter(UsState),
}
fn describe_state_quarter(coin: Coin) -> Option<String> {
if let Coin::Quarter(state) = coin {
if state.existed_in(1900) {
Some(format!("{state:?} is pretty old, for America!"))
} else {
Some(format!("{state:?} is relatively new."))
}
} else {
None
}
}
fn main() {
if let Some(desc) = describe_state_quarter(Coin::Quarter(UsState::Alaska)) {
println!("{desc}");
}
}这样固然可以完成任务，不过这将工作推进了 if let 语句中，如果需要完成的工作更为复杂，则可能难以追踪顶层分支是如何关联的。我们也可以利用这个表达式要么从 if let 中生成一个 state 要么提前返回的优势，如示例 6-8 所示。（使用 match 也可以实现类似效果。）
#[derive(Debug)] // so we can inspect the state in a minute
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
impl UsState {
fn existed_in(&self, year: u16) -> bool {
match self {
UsState::Alabama => year >= 1819,
UsState::Alaska => year >= 1959,
// -- snip --
}
}
}
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter(UsState),
}
fn describe_state_quarter(coin: Coin) -> Option<String> {
let state = if let Coin::Quarter(state) = coin {
state
} else {
return None;
};
if state.existed_in(1900) {
Some(format!("{state:?} is pretty old, for America!"))
} else {
Some(format!("{state:?} is relatively new."))
}
}
fn main() {
if let Some(desc) = describe_state_quarter(Coin::Quarter(UsState::Alaska)) {
println!("{desc}");
}
}不过这样写在某种程度上会让人觉得有些繁琐！if let 的一个分支产生一个值，而另一个分支则直接从函数中返回。
为了使这个通用模式更容易表达，Rust 提供了 let...else。let...else 语法左侧是一个模式，右侧是一个表达式，非常类似于 if let，不过它没有 if 分支，只有 else 分支。如果模式匹配，它会将匹配到的值绑定到外层作用域。如果模式不匹配，程序流会指向 else 分支，它必须从函数返回。
在示例 6-9 中，可以看到当在示例 6-8 中的 if let 替换为 let...else 时看起来如何。
#[derive(Debug)] // so we can inspect the state in a minute
enum UsState {
Alabama,
Alaska,
// --snip--
}
impl UsState {
fn existed_in(&self, year: u16) -> bool {
match self {
UsState::Alabama => year >= 1819,
UsState::Alaska => year >= 1959,
// -- snip --
}
}
}
enum Coin {
Penny,
Nickel,
Dime,
Quarter(UsState),
}
fn describe_state_quarter(coin: Coin) -> Option<String> {
let Coin::Quarter(state) = coin else {
return None;
};
if state.existed_in(1900) {
Some(format!("{state:?} is pretty old, for America!"))
} else {
Some(format!("{state:?} is relatively new."))
}
}
fn main() {
if let Some(desc) = describe_state_quarter(Coin::Quarter(UsState::Alaska)) {
println!("{desc}");
}
}注意，这种写法能让函数主体沿着“愉快路径”（“Happy Path”）继续向下，而不必像 if let 那样让两个分支具有明显不同的控制流。
如果你的程序遇到一个使用 match 表达起来过于冗长的逻辑，记住 if let 和 let...else 也在你的 Rust 工具箱中。
总结
现在我们涉及到了如何使用枚举来创建有一系列可列举值的自定义类型。我们也展示了标准库的 Option<T> 类型是如何帮助你利用类型系统来避免出错的。当枚举值包含数据时，你可以根据需要处理多少情况来选择使用 match 或 if let 来获取并使用这些值。
你的 Rust 程序现在能够使用结构体和枚举在自己的作用域内表现其内容了。在你的 API 中使用自定义类型保证了类型安全：编译器会确保你的函数只会得到它期望的类型的值。
为了向你的用户提供一个组织良好的 API，它使用起来很直观并且只向用户暴露他们确实需要的部分，那么现在就让我们转向 Rust 的模块系统吧。
