Rust学习笔记 15：常用标准库函数与实用宏

对应代码文件：src/bin/15_std_functions_macros.rs

运行命令：

cargo run --bin lesson15_std_functions_macros

学习目标

本节整理日常 Rust 编程中常见的标准库函数、方法和宏。它们能显著提高代码表达力。

宏看起来像函数，但以 ! 结尾，并在编译期展开。常见宏包括 println!、format!、vec!、dbg!。

• 理解函数、方法和宏的基本区别。
• 掌握格式化输出、调试输出和集合创建。
• 会使用 Option、Result 的常用方法。
• 知道 dbg!、assert!、panic! 的适用场景。

核心概念速查

术语	基本意思	本节用途
标准库 std	Rust 自带的基础功能库。	包括集合、字符串、IO、线程、时间等。
宏 macro	编译期展开的代码生成机制。	以 ! 结尾，如 println!。
format!	生成格式化字符串但不直接打印。	常用于拼接可读文本。
dbg!	打印表达式和位置，返回表达式值。	适合临时调试。
assert!	断言条件必须为真。	常用于测试或检查程序假设。

完整源码

fn main() {
    // vec! 创建可增长的 Vec；后续 push 体现它和固定数组的区别。
    let mut numbers = vec![1, 2, 3, 4, 5];
    numbers.push(6);

    // iter/map/filter/collect 是标准库中常用的迭代器组合。
    let even_squares: Vec<i32> = numbers
        .iter()
        .map(|n| n * n)
        .filter(|n| n % 2 == 0)
        .collect();
    println!("偶数平方: {even_squares:?}");

    // Option 常用 map、unwrap_or 等方法处理可能不存在的值。
    let maybe_name = Some("Rust");
    let display_name = maybe_name
        .map(str::to_uppercase)
        .unwrap_or(String::from("UNKNOWN"));
    println!("名称: {display_name}");

    // dbg! 会打印表达式和结果，适合临时调试。
    let total: i32 = numbers.iter().sum();
    dbg!(total);

    // format! 生成 String，println! 输出到终端，vec! 创建 Vec。
    let message = format!("一共有 {} 个数字", numbers.len());
    println!("{message}");

    // assert_eq! 常用于测试或运行时检查。
    assert_eq!(numbers.first(), Some(&1));
}

运行与观察

使用 cargo run --bin lesson15_std_functions_macros 可以只运行本节示例。

这里的 --bin 后面写的是 Cargo.toml 中声明的目标名，不是 .rs 文件名。文件名用于组织源码，bin 名用于 Cargo 运行。

建议初学时先直接运行，再修改一两行代码观察编译器提示。Rust 的错误信息通常会指出所有权、类型或借用规则哪里不满足。

逐段解读

println!

用于向终端打印文本，支持 {}、{:?} 等格式占位。

format!

返回 String，适合构造后续要保存或返回的文本。

vec!

快速创建 Vec，如 vec![1, 2, 3]。

Option 方法

unwrap_or 可以在 None 时提供默认值。

专有词语详解

标准库 std

Rust 自带的基础功能库。

包括集合、字符串、IO、线程、时间等。

宏 macro

编译期展开的代码生成机制。

以 ! 结尾，如 println!。

format!

生成格式化字符串但不直接打印。

常用于拼接可读文本。

dbg!

打印表达式和位置，返回表达式值。

适合临时调试。

assert!

断言条件必须为真。

常用于测试或检查程序假设。

初学者拓展

println! 是宏，因为它需要支持可变数量参数和格式字符串检查。

dbg! 会取得表达式所有权并返回它。调试非 Copy 值时要注意是否发生移动。

assert_eq! 比 assert!(a == b) 的失败信息更清楚。

标准库方法通常比手写循环更简洁，但初学时应该先理解它们背后的所有权和迭代器行为。

常见误区

• 不要把 format! 和 println! 混淆。前者返回字符串，后者打印到终端。
• unwrap_or(default) 会立即计算默认值。默认值计算昂贵时考虑 unwrap_or_else。
• 不要把 dbg! 长期留在正式输出里。
• 宏不是普通函数，错误信息有时会指向展开后的代码，需要回到宏调用位置理解。

进阶练习与参考答案

练习 1：格式化用户信息

要求：用 format! 生成用户描述字符串。

参考答案：

fn main() {
    let name = "Kylin";
    let age = 20;
    let text = format!("用户 {name}, 年龄 {age}");
    println!("{text}");
}

解释：format! 返回 String，后续可以保存或传给函数。

练习 2：Option 默认值

要求：读取可选分数，没有分数时使用 0。

参考答案：

fn main() {
    let score: Option<i32> = None;
    let value = score.unwrap_or(0);
    println!("{value}");
}

解释：unwrap_or 是处理 None 的常用方法。

练习 3：断言检查

要求：检查数组长度是否为 3。

参考答案：

fn main() {
    let values = vec![1, 2, 3];
    assert_eq!(values.len(), 3);
    println!("检查通过");
}

解释：assert_eq! 在左右不相等时给出清晰失败信息。

相关笔记

• Rust学习笔记 14：生命周期
• Rust学习笔记 16：异步编程 async-await