Die Programmiersprache Rust

Mustersyntax

In diesem Abschnitt stellen wir die gesamte Syntax gültiger Muster zusammen und erörtern, warum und wann du jedes einzelne Muster verwenden solltest.

Literale abgleichen

Wie du in Kapitel 6 gesehen hast, kannst du Muster direkt mit Literalen abgleichen. Der folgende Code enthält einige Beispiele:

#![allow(unused)]
fn main() {
    let x = 1;

    match x {
        1 => println!("eins"),
        2 => println!("zwei"),
        3 => println!("drei"),
        _ => println!("sonstige"),
    }
}

Dieser Code gibt eins aus, weil der Wert in x 1 ist. Diese Syntax ist nützlich, wenn du willst, dass dein Code eine Aktion ausführt, wenn er einen bestimmten konkreten Wert erhält.

Benannte Variablen abgleichen

Benannte Variablen (named variables) sind unabweisbare Muster, die zu jedem Wert passen, und wir haben sie in diesem Buch schon oft verwendet. Es gibt jedoch eine Komplikation, wenn du benannte Variablen in match-, if let- oder while let-Ausdrücken verwendest. Da mit jeder dieser Ausdrücke ein neuer Gültigkeitsbereich beginnt, werden Variablen, die als Teil eines Musters innerhalb des Ausdrucks deklariert sind, diejenigen Variablen mit dem gleichen Namen außerhalb verschatten (shadow), wie es bei allen Variablen der Fall ist. In Codeblock 19-11 deklarieren wir eine Variable mit dem Namen x mit dem Wert Some(5) und eine Variable y mit dem Wert 10. Dann erzeugen wir einen match-Ausdruck für den Wert x. Sieh dir die Muster in den match-Zweigen und println! am Ende an und versuche herauszufinden, was der Code ausgeben wird, bevor du diesen Code ausführst oder weiterliest.

Dateiname: src/main.rs

#![allow(unused)]
fn main() {
    let x = Some(5);
    let y = 10;

    match x {
        Some(50) => println!("Habe 50 erhalten"),
        Some(y) => println!("Passt, y = {y}"),
        _ => println!("Standardfall, x = {x:?}"),
    }

    println!("Am Ende: x = {x:?}, y = {y}");
}

Codeblock 19-11: Ein match-Ausdruck mit einem Zweig, der eine neue Variable einführt, die die bereits existierende Variable y verschattet

Lass uns durchgehen, was passiert, wenn der match-Ausdruck ausgeführt wird. Das Muster im ersten Zweig passt nicht zum definierten Wert von x, also setzt der Code fort.

Das Muster im zweiten Zweig führt eine neue Variable namens y ein, die zu jedem Wert innerhalb eines Some-Wertes passt. Da wir uns in einem neuen Gültigkeitsbereich innerhalb des match-Ausdrucks befinden, ist dies eine neue Variable y, nicht das y, das wir am Anfang mit dem Wert 10 deklariert haben. Diese neue y-Bindung wird mit jedem Wert innerhalb eines Some übereinstimmen, das ist das, was wir in x haben. Daher bindet dieses neue y an den inneren Wert des Some in x. Dieser Wert ist 5, sodass der Ausdruck für diesen Zweig ausgeführt und Passt, y = 5 ausgegeben wird.

Wäre x ein None-Wert anstelle von Some(5) gewesen, hätten die Muster in den ersten beiden Zweigen nicht gepasst, sodass der Wert zum Unterstrich gepasst hätte. Wir haben die Variable x nicht im Muster des Unterstrich-Zweigs verwendet, sodass x im Ausdruck immer noch das äußere x ist, das nicht verschattet wurde. In diesem hypothetischen Fall würde match den Text Standardfall, x = None ausgeben.

Wenn der match-Ausdruck zu Ende ist, endet sein Gültigkeitsbereich und damit auch der Gültigkeitsbereich des inneren y. Das letzte println! gibt Am Ende: x = Some(5), y = 10 aus.

Um einen match-Ausdruck zu erstellen, der die Werte der äußeren Variablen x und y abgleicht, anstatt eine neue Variable einzuführen, die die existierende Variable y verschattet, müssten wir stattdessen eine Abgleichsbedingung (match guard conditional) verwenden. Wir werden über Abgleichsbedingungen später im Abschnitt „Extra-Bedingungen mit Abgleichsbedingungen“ sprechen.

Mehrfache Muster

Du kannst mehrere Muster mit der Syntax | abgleichen, die das oder-Operator-Muster darstellt. Zum Beispiel gleicht der folgende Code den Wert von x mit den match-Zweigen ab, wobei der erste davon eine oder-Option hat, was bedeutet, wenn der Wert von x zu einem der Werte in diesem Zweig passt, wird der Code dieses Zweigs ausgeführt:

#![allow(unused)]
fn main() {
    let x = 1;

    match x {
        1 | 2 => println!("eins oder zwei"),
        3 => println!("drei"),
        _ => println!("sonstige"),
    }
}

Dieser Code gibt eins oder zwei aus.

Abgleichen von Wertebereichen mit ..=

Die Syntax ..= erlaubt es uns, einen inklusiven Wertebereich abzugleichen. Wenn im folgenden Code ein Muster zu einem der Werte innerhalb des vorgegebenen Bereichs passt, wird dieser Zweig ausgeführt:

#![allow(unused)]
fn main() {
    let x = 5;

    match x {
        1..=5 => println!("eins bis fünf"),
        _ => println!("etwas anderes"),
    }
}

Wenn x einen der Werte 1, 2, 3, 4 oder 5 hat, passt der erste Zweig. Diese Syntax ist bequemer bei mehreren Abgleichswerten als das Verwenden des |-Operators, um die gleiche Idee auszudrücken; wenn wir | verwenden wollten, müssten wir 1 | 2 | 3 | 4 | 5 angeben. Die Angabe eines Bereichs ist viel kürzer, besonders wenn wir beispielsweise eine beliebige Zahl zwischen 1 und 1.000 angeben wollen!

Der Compiler prüft zur Kompilierzeit, dass der Bereich nicht leer ist. Die einzigen Typen, bei denen Rust erkennen kann, ob ein Bereich leer ist oder nicht, sind char und numerische Werte, Bereiche sind nur mit numerischen oder char-Werten zulässig.

Hier ist ein Beispiel mit Bereichen von char-Werten:

#![allow(unused)]
fn main() {
    let x = 'c';

    match x {
        'a'..='j' => println!("früher ASCII-Buchstabe"),
        'k'..='z' => println!("später ASCII-Buchstabe"),
        _ => println!("etwas anderes"),
    }
}

Rust kann erkennen, dass 'c' innerhalb des Bereichs des ersten Musters liegt und gibt früher ASCII-Buchstabe aus.

Destrukturieren, um Werte aufzuteilen

Wir können auch Muster verwenden, um Strukturen (structs), Aufzählungen (enums) und Tupel zu destrukturieren, um verschiedene Teile dieser Werte zu verwenden. Lass uns jeden Wert durchgehen.

Destrukturieren von Strukturen

Codeblock 19-12 zeigt eine Struktur Point mit zwei Feldern, x und y, die wir mit einem Muster in einer let-Anweisung aufteilen können.

Dateiname: src/main.rs

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    let p = Point { x: 0, y: 7 };

    let Point { x: a, y: b } = p;
    assert_eq!(0, a);
    assert_eq!(7, b);
}

Codeblock 19-12: Destrukturieren der Felder einer Struktur in separate Variablen

Dieser Code erzeugt die Variablen a und b, die den Werten der Felder x und y der Struktur p entsprechen. Dieses Beispiel zeigt, dass die Namen der Variablen im Muster nicht mit den Feldnamen der Struktur übereinstimmen müssen. Aber es ist üblich, dass die Variablennamen mit den Feldnamen übereinstimmen, damit man sich leichter merken kann, welche Variablen aus welchen Feldern stammen. Wegen dieser häufigen Verwendung und weil das Schreiben von let Point { x: x, y: y } = p; eine Menge Duplikation enthält, hat Rust eine Kurzform für Muster, die mit Strukturfeldern übereinstimmen: Du musst nur die Namen des Struktur-Felder auflisten, und die Variablen, die aus dem Muster erzeugt werden, haben die gleichen Namen. Codeblock 19-13 zeigt Code, der sich gleich verhält wie der Code in Codeblock 19-12, aber die Variablen, die im Muster let erzeugt werden, sind x und y anstelle von a und b.

Dateiname: src/main.rs

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    let p = Point { x: 0, y: 7 };

    let Point { x, y } = p;
    assert_eq!(0, x);
    assert_eq!(7, y);
}

Codeblock 19-13: Destrukturieren von Strukturfeldern mit Hilfe der Strukturfeldkurznotation (struct field shorthand)

Dieser Code erzeugt die Variablen x und y, die mit den Feldern x und y der Variablen p übereinstimmen. Das Ergebnis ist, dass die Variablen x und y die Werte aus der Struktur p enthalten.

Wir können auch mit literalen Werten als Teil des Strukturmusters destrukturieren, anstatt Variablen für alle Felder zu erstellen. Auf diese Weise können wir einige der Felder auf bestimmte Werte testen, während wir Variablen zum Destrukturieren der anderen Felder erstellen.

In Codeblock 19-14 haben wir einen match-Ausdruck, der Point-Werte in drei Fälle unterscheidet: Punkte, die direkt auf der x-Achse liegen (was zutrifft, wenn y = 0 ist), auf der y-Achse liegen (x = 0) oder auf keiner Achse.

Dateiname: src/main.rs

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    let p = Point { x: 0, y: 7 };

    match p {
        Point { x, y: 0 } => println!("Auf der x-Achse bei {x}"),
        Point { x: 0, y } => println!("Auf der y-Achse bei {y}"),
        Point { x, y } => println!("Auf keiner Achse: ({x}, {y})"),
    }
}

Codeblock 19-14: Destrukturieren und Abgleichen literaler Werte in einem Muster

Der erste Zweig passt zu jedem Punkt, der auf der x-Achse liegt, indem er angibt, dass der Wert des y-Felds zum Literal 0 passt. Das Muster erzeugt immer noch eine Variable x, die wir im Code für diesen Zweig verwenden können.

In ähnlicher Weise passt der zweite Zweig zu jedem Punkt auf der y-Achse, indem er angibt, dass der Wert des x-Feldes 0 ist, und eine Variable y für den Wert des y -Feldes erzeugt. Der dritte Zweig spezifiziert keine Literale, sodass er zu jedem anderen Point passt und Variablen für die Felder x und y erzeugt.

In diesem Beispiel passt der Wert p zum zweiten Zweig, da x den Wert 0 hat, sodass dieser Code Auf der y-Achse bei 7 ausgeben wird.

Denke daran, dass ein match-Ausdruck aufhört, weitere Zweige zu prüfen, sobald er das erste übereinstimmende Muster gefunden hat, d.h. auch wenn der Point { x: 0, y: 0} auf der x-Achse und der y-Achse liegt, würde dieser Code nur Auf der x-Achse bei 0 ausgeben.

Destrukturieren von Aufzählungen

Wir haben in diesem Buch bereits Aufzählungen destrukturiert (z.B. Codeblock 6-5), wir sind aber noch nicht explizit darauf eingegangen, dass das Muster zur Destrukturierung einer Aufzählung der Art und Weise entspricht, wie die in der Aufzählung gespeicherten Daten definiert sind. Als Beispiel verwenden wir in Codeblock 19-15 die Aufzählung Message aus Codeblock 6-2 und schreiben ein match mit Mustern, das jeden inneren Wert destrukturiert.

Dateiname: src/main.rs

enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(i32, i32, i32),
}

fn main() {
    let msg = Message::ChangeColor(0, 160, 255);

    match msg {
        Message::Quit => {
            println!("Die Quit-Variante hat keine Daten zu destrukturieren.")
        }
        Message::Move { x, y } => {
            println!("Bewege in x-Richtung {x} und in y-Richtung {y}");
        }
        Message::Write(text) => {
            println!("Textnachricht: {text}");
        }
        Message::ChangeColor(r, g, b) => {
            println!("Ändere Farbe in rot {r}, grün {g} und blau {b}");
        }
    }
}

Codeblock 19-15: Destrukturieren von Aufzählungsvarianten, die verschiedene Arten von Werten enthalten

Dieser Code gibt Ändere Farbe in rot 0, grün 160 und blau 255 aus. Versuche, den Wert von msg zu ändern, um den Code der anderen Zweige laufen zu sehen.

Bei Aufzählungs-Varianten ohne Daten, wie Message::Quit, können wir den Wert nicht weiter destrukturieren. Wir können nur mit dem Literalwert Message::Quit abgleichen und es gibt keine Variablen in diesem Muster.

Für strukturähnliche Aufzählungsvarianten, z.B. Message::Move, können wir ein Muster verwenden, das dem von uns angegebenen Muster ähnlich ist, um Strukturen abzugleichen. Nach dem Variantennamen setzen wir geschweifte Klammern und listen dann die Felder mit Variablen auf, sodass wir die Teile aufteilen, die im Code für diesen Zweig verwendet werden sollen. Hier verwenden wir die Kurznotation, wie wir es in Codeblock 19-13 getan haben.

Bei tupelähnlichen Aufzählungsvarianten wie Message::Write, die ein Tupel mit einem Element enthält, und Message::ChangeColor, die ein Tupel mit drei Elementen enthält, ähnelt das Muster dem Muster, das wir für den Abgleich von Tupeln angeben. Die Anzahl der Variablen im Muster muss mit der Anzahl der Elemente in der Variante, die wir abgleichen, übereinstimmen.

Destrukturieren verschachtelter Strukturen und Aufzählungen

Bis jetzt haben unsere Beispiele alle Strukturen oder Aufzählungen auf einer Ebene abgeglichen, aber der Abgleich funktioniert auch bei verschachtelten Elementen! Zum Beispiel können wir den Code in Codeblock 19-15 umstrukturieren, um RGB- und HSV-Farben in der ChangeColor-Nachricht zu unterstützen, wie in Codeblock 19-16 gezeigt.

enum Color {
    Rgb(i32, i32, i32),
    Hsv(i32, i32, i32),
}

enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(Color),
}

fn main() {
    let msg = Message::ChangeColor(Color::Hsv(0, 160, 255));

    match msg {
        Message::ChangeColor(Color::Rgb(r, g, b)) => {
            println!("Ändere Farbe in rot {r}, grün {g} und blau {b}");
        }
        Message::ChangeColor(Color::Hsv(h, s, v)) => {
            println!("Ändere Farbe in Farbwert {h}, Sättigung {s} und Hellwert {v}")
        }
        _ => (),
    }
}

Codeblock 19-16: Abgleich bei verschachtelten Aufzählungen

Das Muster des ersten Zweigs im match-Ausdruck passt zu einer Message::ChangeColor-Aufzählungsvariante, die eine Color::Rgb-Variante enthält; dann bindet das Muster an die drei inneren i32-Werte. Das Muster des zweiten Zweigs passt ebenfalls mit einer Message::ChangeColor-Aufzählungsvariante, aber die innere Aufzählung passt stattdessen zur Color::Hsv-Variante. Wir können diese komplexen Bedingungen in einem einzigen match-Ausdruck angeben, auch wenn es sich um zwei Aufzählungen handelt.

Destrukturieren von Strukturen und Tupeln

Wir können das Abgleichen und Destrukturieren verschachtelter Muster auf noch komplexere Weise mischen. Das folgende Beispiel zeigt eine komplizierte Destrukturierung, bei der wir Strukturen und Tupel innerhalb eines Tupels verschachteln und alle primitiven Werte herausdestrukturieren:

fn main() {
    struct Point {
        x: i32,
        y: i32,
    }

    let ((feet, inches), Point { x, y }) = ((3, 10), Point { x: 3, y: -10 });
}

Dieser Code ermöglicht es uns, komplexe Typen in ihre Bestandteile zu zerlegen, sodass wir die Werte, an denen wir interessiert sind, separat verwenden können.

Das Destrukturieren mit Mustern ist eine bequeme Möglichkeit, Wertteile, z.B. Werte aus den Feldern in einer Struktur, getrennt voneinander zu verwenden.

Ignorieren von Werten in einem Muster

Du hast gesehen, dass es manchmal nützlich ist, Werte in einem Muster zu ignorieren, z.B. im letzten Zweig eines match, um einen Sammelzweig zu erhalten, der eigentlich nichts tut, aber alle verbleibenden möglichen Werte berücksichtigt. Es gibt ein paar Möglichkeiten, ganze Werte oder Teile von Werten in einem Muster zu ignorieren: Verwenden des Musters _ (das du gesehen hast), Verwenden des Musters _ innerhalb eines anderen Musters, Verwenden eines Namens, der mit einem Unterstrich beginnt, oder Verwenden von .., um verbleibende Teile eines Wertes zu ignorieren. Lass uns untersuchen, wie und wann jedes dieser Muster zu verwenden ist.

Gesamtwert mit _

Wir haben den Unterstrich (_) als Platzhalter verwendet, der zu jedem Wert passt, aber nicht an den Wert gebunden ist. Dies ist besonders nützlich als letzter Zweig in einem match-Ausdruck ist, aber wir können es in jedem Muster verwenden, einschließlich Funktionsparameter, wie in Codeblock 19-17 gezeigt.

Dateiname: src/main.rs

fn foo(_: i32, y: i32) {
    println!("Dieser Code verwendet nur den Parameter y: {y}");
}

fn main() {
    foo(3, 4);
}

Codeblock 19-17: Verwenden von _ in einer Funktionssignatur

Dieser Code ignoriert den als erstes Argument übergebenen Wert 3 vollständig und gibt Dieser Code verwendet nur den Parameter y: 4 aus.

In den meisten Fällen, wenn du einen bestimmten Funktionsparameter nicht mehr benötigst, würdest du die Signatur so ändern, dass sie den unbenutzten Parameter nicht mehr enthält. Das Ignorieren eines Funktionsparameters kann in einigen Fällen besonders nützlich sein, z.B. bei der Implementierung eines Merkmals (trait), wenn du eine bestimmte Typsignatur benötigst, der Funktionsrumpf in deiner Implementierung jedoch keinen der Parameter benötigt. Du kannst dann vermeiden, dass der Compiler vor unbenutzten Funktionsparametern warnt, wie es der Fall wäre, wenn du stattdessen einen Namen verwenden würdest.

Teile eines Wertes mit einem verschachtelten _

Wir können _ auch innerhalb eines anderen Musters verwenden, um nur einen Teil eines Wertes zu ignorieren, z.B. wenn wir nur auf einen Teil eines Wertes testen wollen, aber keine Verwendung für die anderen Teile in dem entsprechenden Code haben, den wir ausführen wollen. Der Codeblock 19-18 zeigt den Code, der für die Verwaltung des Wertes einer Einrichtung verantwortlich ist. Die Geschäftsanforderungen bestehen darin, dass es dem Benutzer nicht erlaubt sein soll, eine bestehende Anpassung einer Einstellung zu überschreiben, sondern dass er die Einstellung rückgängig machen kann und ihr einen Wert zuweisen kann, wenn sie derzeit nicht gesetzt ist.

#![allow(unused)]
fn main() {
    let mut setting_value = Some(5);
    let new_setting_value = Some(10);

    match (setting_value, new_setting_value) {
        (Some(_), Some(_)) => {
            println!("Kann einen vorhandenen benutzerdefinierten Wert nicht überschreiben.");
        }
        _ => {
            setting_value = new_setting_value;
        }
    }

    println!("Einstellung ist {setting_value:?}");
}

Codeblock 19-18: Das Verwenden eines Unterstrichs innerhalb von Mustern, die zu Some-Varianten passen, wenn wir den Wert innerhalb Some nicht benötigen

Dieser Code gibt Kann einen vorhandenen benutzerdefinierten Wert nicht überschreiben. aus und dann Einstellung ist Some(5). Im ersten match-Zweig müssen wir nicht die Werte innerhalb der beiden Some-Varianten abgleichen oder diese verwenden, aber wir müssen den Fall prüfen, dass setting_value und new_setting_value jeweils Some-Varianten sind. In diesem Fall geben wir den Grund aus, warum wir setting_value nicht ändern, und es wird nicht geändert.

In allen anderen Fällen (wenn entweder setting_value oder new_setting_value den Wert None hat), die durch das Muster _ im zweiten Zweig ausgedrückt werden, wollen wir erlauben, dass setting_value den Wert von new_setting_value erhält.

Wir können Unterstriche auch an mehreren Stellen innerhalb eines Musters verwenden, um bestimmte Werte zu ignorieren. Codeblock 19-19 zeigt ein Beispiel für das Ignorieren des zweiten und vierten Wertes in einem Tupel von fünf Elementen.

#![allow(unused)]
fn main() {
    let numbers = (2, 4, 8, 16, 32);

    match numbers {
        (first, _, third, _, fifth) => {
            println!("Einige Zahlen: {first}, {third}, {fifth}")
        }
    }
}

Codeblock 19-19: Ignorieren mehrerer Teile eines Tupels

Dieser Code gibt Einige Zahlen: 2, 8, 32 aus und die Werte 4 und 16 werden ignoriert.

Eine unbenutzte Variable mit _ am Namensanfang

Wenn du eine Variable erstellst, sie aber nirgendwo verwendest, wird Rust normalerweise eine Warnung ausgeben, weil eine unbenutzte Variable ein Fehler sein könnte. Aber manchmal ist es nützlich, eine Variable erstellen zu können, die du noch nicht verwenden wirst, z.B. wenn du einen Prototyp erstellst oder gerade ein Projekt beginnst. In dieser Situation kannst du Rust anweisen, dich nicht vor der unbenutzten Variablen zu warnen, indem du den Namen der Variablen mit einem Unterstrich beginnst. In Codeblock 19-20 erstellen wir zwei unbenutzte Variablen, aber wenn wir diesen Code kompilieren, sollten wir nur vor einer von ihnen eine Warnung erhalten.

Dateiname: src/main.rs

fn main() {
    let _x = 5;
    let y = 10;
}

Codeblock 19-20: Beginnen eines Variablennamens mit einem Unterstrich, um Warnungen zu unbenutzten Variablen zu vermeiden

Hier erhalten wir eine Warnung zur unbenutzten Variablen y, aber wir erhalten keine Warnung zur unbenutzten Variablen _x.

Beachte, dass es einen feinen Unterschied gibt zwischen dem Verwenden von _ und dem Verwenden eines Namens, der mit einem Unterstrich beginnt. Die Syntax _x bindet immer noch den Wert an die Variable, während _ überhaupt nicht bindet. Um einen Fall zu zeigen, in dem diese Unterscheidung von Bedeutung ist, wird uns Codeblock 19-21 einen Fehler liefern.

#![allow(unused)]
fn main() {
    let s = Some(String::from("Hallo!"));

    if let Some(_s) = s {
        println!("Zeichenkette gefunden");
    }

    println!("{s:?}");
}

Codeblock 19-21: Eine unbenutzte Variable, die mit einem Unterstrich beginnt, bindet immer noch den Wert, der die Eigentümerschaft des Wertes übernehmen könnte

Wir werden einen Fehler erhalten, weil der Wert s immer noch in _s verschoben wird, was uns daran hindert, s wieder zu verwenden. Das Verwenden des Unterstrichs an sich bindet jedoch niemals einen Wert. Codeblock 19-22 wird ohne Fehler kompilieren, weil s nicht in _ verschoben wird.

#![allow(unused)]
fn main() {
    let s = Some(String::from("Hallo!"));

    if let Some(_) = s {
        println!("Zeichenkette gefunden");
    }

    println!("{s:?}");
}

Codeblock 19-22: Das Verwenden eines Unterstrichs bindet den Wert nicht

Dieser Code funktioniert prima, weil wir s nie an etwas binden; es wird nicht verschoben.

Verbleibende Teile eines Wertes mit ..

Bei Werten, die viele Teile haben, können wir die Syntax .. verwenden, um nur spezifische Teile zu verwenden und den Rest zu ignorieren, sodass es nicht notwendig ist, für jeden ignorierten Wert Unterstriche aufzulisten. Das Muster .. ignoriert alle Teile eines Wertes, die wir im Rest des Musters nicht explizit zugeordnet haben. In Codeblock 19-23 haben wir eine Struktur Point, die eine Koordinate im dreidimensionalen Raum enthält. Im match-Ausdruck wollen wir nur mit der Koordinate x operieren und die Werte in den Feldern y und z ignorieren.

#![allow(unused)]
fn main() {
    struct Point {
        x: i32,
        y: i32,
        z: i32,
    }

    let origin = Point { x: 0, y: 0, z: 0 };

    match origin {
        Point { x, .. } => println!("x ist {x}"),
    }
}

Codeblock 19-23: Ignorieren aller Felder eines Point mit Ausnahme von x durch Verwenden von ..

Wir listen den Wert x auf und fügen dann einfach das Muster .. ein. Das geht schneller, als y: _ und z: _ anzugeben, insbesondere wenn wir mit Strukturen arbeiten, die viele Felder haben, in Situationen, in denen nur ein oder zwei Felder relevant sind.

Die Syntax .. wird auf so viele Werte wie nötig erweitert. Codeblock 19-24 zeigt, wie man .. mit einem Tupel verwendet.

Dateiname: src/main.rs

#![allow(unused)]
fn main() {
    let numbers = (2, 4, 8, 16, 32);

    match numbers {
        (first, .., last) => {
            println!("Einige Zahlen: {first}, {last}");
        }
    }
}

Codeblock 19-24: Nur den ersten und letzten Wert in einem Tupel abgleichen und alle anderen Werte ignorieren

In diesem Code werden der erste und der letzte Wert mit first und last abgeglichen. Das .. passt zu allem in der Mitte und ignoriert es.

Das Verwenden von .. muss jedoch eindeutig sein. Wenn unklar ist, welche Werte zum Abgleich vorgesehen sind und welche ignoriert werden sollten, gibt uns Rust einen Fehler. Codeblock 19-25 zeigt ein Beispiel für die mehrdeutige Verwendung von .., sodass es sich nicht kompilieren lässt.

Dateiname: src/main.rs

fn main() {
    let numbers = (2, 4, 8, 16, 32);

    match numbers {
        (.., second, ..) => {
            println!("Einige Zahlen: {second}")
        },
    }
}

Codeblock 19-25: Ein Versuch, .. auf mehrdeutige Weise zu verwenden

Wenn wir dieses Beispiel kompilieren, erhalten wir diesen Fehler:

$ cargo run
   Compiling patterns v0.1.0 (file:///projects/patterns)
error: `..` can only be used once per tuple pattern
 --> src/main.rs:5:22
  |
5 |         (.., second, ..) => {
  |          --          ^^ can only be used once per tuple pattern
  |          |
  |          previously used here

error: could not compile `patterns` (bin "patterns") due to 1 previous error

Es ist für Rust unmöglich zu bestimmen, wie viele Werte im Tupel zu ignorieren sind, bevor ein Wert zu second passt, und wie viele weitere Werte danach zu ignorieren sind. Dieser Code könnte bedeuten, dass wir 2 ignorieren wollen, second an 4 binden und dann 8, 16 und 32 ignorieren wollen; oder dass wir 2 und 4 ignorieren wollen, second an 8 binden und dann 16 und 32 ignorieren wollen; und so weiter. Der Variablenname second bedeutet für Rust nichts Besonderes, sodass wir einen Kompilierfehler erhalten, weil das Verwenden von .. an zwei Stellen wie dieser mehrdeutig ist.

Extra-Bedingungen mit Abgleichsbedingungen

Eine Abgleichsbedingung (match guard) ist eine zusätzliche if-Bedingung, die nach dem Muster in einem match-Zweig angegeben wird und die zusammen mit dem Musterabgleich ebenfalls übereinstimmen muss, damit dieser Zweig ausgewählt wird. Abgleichsbedingungen sind nützlich, um komplexere Ideen auszudrücken, als es ein Muster allein erlaubt. Beachte jedoch, dass sie nur in match-Ausdrücken verfügbar sind, nicht in if let- oder while let-Ausdrücken.

Die Bedingung kann Variablen verwenden, die im Muster erstellt wurden. Codeblock 19-26 zeigt ein match, wobei der erste Zweig das Muster Some(x) und die Abgleichsbedingung if x % 2 == 0 (die true ist, wenn die Zahl gerade ist) hat.

#![allow(unused)]
fn main() {
    let num = Some(4);

    match num {
        Some(x) if x % 2 == 0 => println!("Die Zahl {x} ist gerade"),
        Some(x) => println!("Die Zahl {x} ist ungerade"),
        None => (),
    }
}

Codeblock 19-26: Hinzufügen einer Abgleichsbedingung zu einem Muster

In diesem Beispiel wird Die Zahl 4 ist gerade ausgegeben. Wenn num mit dem Muster im ersten Zweig abgeglichen wird, passt es, weil Some(4) zu Some(x) passt. Dann prüft die Abgleichsbedingung, ob der Rest der Division von x durch 2 gleich 0 ist, und weil dies der Fall ist, wird der erste Zweig ausgewählt.

Wenn num stattdessen Some(5) gewesen wäre, wäre die Abgleichsbedingung im ersten Zweig false gewesen, weil der Rest von 5 geteilt durch 2 den Wert 1 ergibt, was ungleich 0 ist. Rust würde dann zum zweiten Zweig gehen, der passen würde, weil der zweite Zweig keine Abgleichsbedingung hat und daher zu allen Some-Varianten passt.

Es gibt keine Möglichkeit, die Bedingung if x % 2 == 0 innerhalb eines Musters auszudrücken, also gibt uns die Abgleichsbedingung die Möglichkeit, diese Logik anzugeben. Der Nachteil dieser zusätzlichen Ausdruckskraft ist, dass der Compiler nicht versucht, die Vollständigkeit zu prüfen, wenn Abgleichsbedingungs-Ausdrücke beteiligt sind.

In Codeblock 19-11 haben wir erwähnt, dass wir zur Lösung unseres Musterverschattungsproblems (pattern-shadowing problem) Abgleichsbedingungen verwenden könnten. Erinnere dich daran, dass eine neue Variable innerhalb des Musters im match-Ausdruck erstellt wurde, anstatt die Variable außerhalb von match zu verwenden. Diese neue Variable bedeutete, dass wir nicht gegen den Wert der äußeren Variable testen konnten. Codeblock 19-27 zeigt, wie wir eine Abgleichsbedingung verwenden können, um dieses Problem zu beheben.

Dateiname: src/main.rs

#![allow(unused)]
fn main() {
    let x = Some(5);
    let y = 10;

    match x {
        Some(50) => println!("Habe 50 erhalten"),
        Some(n) if n == y => println!("Passt, n = {n}"),
        _ => println!("Standardfall, x = {x:?}"),
    }

    println!("Am Ende: x = {x:?}, y = {y}");
}

Codeblock 19-27: Verwenden einer Abgleichsbedingung zum Testen der Gleichheit mit einer äußeren Variablen

Dieser Code gibt nun Standardfall, x = Some(5) aus. Das Muster im zweiten match-Zweig führt keine neue Variable y ein, die das äußere y verschatten würde, was bedeutet, dass wir das äußere y in der Abgleichsbedingung verwenden können. Anstatt das Muster mit Some(y) zu spezifizieren, was das äußere y verschattet hätte, spezifizieren wir Some(n). Dies erzeugt eine neue Variable n, die nichts verschattet, weil es keine Variable n außerhalb von match gibt.

Die Abgleichsbedingung if n == y ist kein Muster und führt daher keine neuen Variablen ein. Dieses y ist das äußere y und nicht ein neues y, das es verschattet, und wir können nach einem Wert suchen, der den gleichen Wert wie das äußere y hat, indem wir n mit y vergleichen.

Du kannst auch den oder-Operator | in einer Abgleichsbedingung verwenden, um mehrere Muster anzugeben; die Abgleichsbedingung gilt dann für alle Muster. Codeblock 19-28 zeigt den Vorrang der Kombination einer Abgleichsbedingung mit einem Muster, das | verwendet. Der wichtige Teil dieses Beispiels ist, dass die Abgleichsbedingung if y auf 4, 5 und 6 zutrifft, auch wenn es so aussehen mag, als ob if y nur auf 6 zutrifft.

#![allow(unused)]
fn main() {
    let x = 4;
    let y = false;

    match x {
        4 | 5 | 6 if y => println!("ja"),
        _ => println!("nein"),
    }
}

Codeblock 19-28: Kombinieren mehrerer Muster mit einer Abgleichsbedingung

Die Abgleichsbedingung besagt, dass der Zweig nur dann passt, wenn der Wert von x gleich 4, 5 oder 6 ist und wenn y wahr ist. Wenn dieser Code ausgeführt wird, passt das Muster des ersten Zweigs, weil x gleich 4 ist, allerdings ist die Abgleichsbedingung if y falsch, sodass der erste Zweig nicht ausgewählt wird. Der Code geht weiter zum zweiten Zweig, der passt, und dieses Programm gibt nein aus. Der Grund dafür ist, dass die if-Bedingung für das gesamte Muster 4 | 5 | 6 gilt, nicht nur für den letzten Wert 6. Mit anderen Worten, der Vorrang einer Abgleichsbedingung in Bezug auf ein Muster verhält sich wie folgt:

(4 | 5 | 6) if y => ...

und nicht so:

4 | 5 | (6 if y) => ...

Nach dem Ausführen des Codes ist das Vorrangsverhalten offensichtlich: Würde die Abgleichsbedingung nur auf den Endwert in der mit dem |-Operator angegebenen Werteliste angewendet, hätte der Zweig gepasst und das Programm hätte ja ausgegeben.

@-Bindungen

Mit dem at-Operator @ können wir eine Variable erstellen, die einen Wert enthält, während wir gleichzeitig diesen Wert testen, um festzustellen, ob er zu einem Muster passt. Codeblock 19-29 zeigt ein Beispiel, bei dem wir testen wollen, dass ein Message::Hello-Feld id innerhalb des Bereichs 3..=7 liegt. Wir wollen den Wert auch an die Variable id_variable binden, damit wir ihn in dem mit dem Zweig verbundenen Code verwenden können. Wir könnten diese Variable id nennen, so wie das Feld, aber für dieses Beispiel werden wir einen anderen Namen verwenden.

#![allow(unused)]
fn main() {
    enum Message {
        Hello { id: i32 },
    }

    let msg = Message::Hello { id: 5 };

    match msg {
        Message::Hello {
            id: id_variable @ 3..=7,
        } => println!("id im Bereich gefunden: {id_variable}"),
        Message::Hello { id: 10..=12 } => {
            println!("id in einem anderen Bereich gefunden")
        }
        Message::Hello { id } => println!("Eine andere id gefunden: {id}"),
    }
}

Codeblock 19-29: Verwenden von @, um an einen Wert in einem Muster zu binden und ihn gleichzeitig zu testen

In diesem Beispiel wird id im Bereich gefunden: 5 ausgegeben. Durch das Angeben von id_variable @ vor dem Bereich 3..=7 erfassen wir den Wert, der mit dem Bereich übereinstimmt, und testen gleichzeitig, ob der Wert zum Bereichsmuster passt.

Im zweiten Zweig, wo wir im Muster nur einen Bereich spezifiziert haben, hat der zum Zweig gehörende Code keine Variable, die den tatsächlichen Wert des id-Feldes enthält. Der Wert des id-Feldes hätte 10, 11 oder 12 sein können, aber der Code, der zu diesem Muster gehört, weiß nicht, welcher es ist. Der Code des Musters ist nicht in der Lage, den Wert des id-Feldes zu verwenden, weil wir den id-Wert nicht in einer Variablen gespeichert haben.

Im letzten Zweig, in dem wir eine Variable ohne Bereich angegeben haben, haben wir den Wert, der im Code des Zweigs verfügbar ist, in einer Variablen namens id. Der Grund dafür ist, dass wir die Syntax des Struktur-Feldes in Kurznotation verwendet haben. Aber wir haben keinen Test auf den Wert im Feld id in diesem Zweig angewandt, wie wir es bei den ersten beiden Zweigen getan haben: Jeder Wert würde zu diesem Muster passen.

Mit @ können wir einen Wert testen und ihn in einer Variablen innerhalb eines Musters speichern.

Zusammenfassung

Die Muster in Rust sind sehr nützlich, um zwischen verschiedenen Arten von Daten zu unterscheiden. Wenn sie in match-Ausdrücken verwendet werden, stellt Rust sicher, dass deine Muster jeden möglichen Wert abdecken oder dein Programm sich nicht kompilieren lässt. Muster in let-Anweisungen und Funktionsparametern machen diese Konstrukte nützlicher und ermöglichen das Destrukturieren von Werten in kleinere Teile und gleichzeitig das Zuweisen dieser Teile an Variablen. Wir können einfache oder komplexe Muster erstellen, die unseren Bedürfnissen entsprechen.

Als nächstes werden wir uns im vorletzten Kapitel des Buches mit einigen fortgeschrittenen Aspekten einer Vielzahl von Rusts Funktionalitäten befassen.