Option

Option是rust非常好用的数据结构，用来解决 Null 空指针问题，是rust安全基石重要一环。其本质是一个 Enum 结构。本文对option进行模式匹配用于获取 option 包装的值的简单用法。

  1. pub enum Option<T> {
  2.     None,
  3.     Some(T),
  4. }
  1. let opt = Some("hello".to_string());
  3. println!("{:?}", opt);  // 输出： Some("hello")

模式匹配

Option 是一个Enum，通过模式匹配获取其变体

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  2. match opt {
  3.     Some(x) => println!("Some: x={}", x), // Some: x=hello
  4.     None => println!("None")
  5. }
  1. let opt:Option<String> = None;
  2. match opt {
  3.     Some(x) => println!("Some: x={}", x), 
  4.     None => println!("None") // None
  5. }

变量 opt 可以是 None 变体。上面的 opt 需要指定类型，不然这段代码编译器无法推断 x 的类型。

unwarp方法

Option 有很多有用的方法。unwarp 方法用于获取 Some(x) 中 的 x 值。如果 Option是 None 变体，则该方法会 pannic。

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  2. let s = opt.unwrap();
  3. println!("{}", s); // s

opt 通过 unwarp 方法获取变体 Some(x) 中的 x。若 opt 是 None 变体，unwarp 方法会pannic
uwranp的源码：

  1. pub const fn unwrap(self) -> T {
  2.     match self {
  3.         Some(val) => val,
  4.         None => panic!("called `Option::unwrap()` on a `None` value"),
  5.     }
  6. }

从 unwarp的源码可以看出，它本质也是模式匹配的一种简写。

所有权

Option的模式匹配和 unwarp 方法涉及所有权move语义。(x指没有实现 Copy trait的类型)
就像赋值，参数传递一样。直接模式匹配会涉及所有权move

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  2. match opt {
  3.     Some(x) => println!("Some: x={}", x),  // 模式匹配，所有权move
  4.     None => println!("None") 
  5. }
  7. println!("{:?}", opt);  // 所有权已move

上面的代码会编译错误。错误信息如下：

  1. error[E0382]: borrow of partially moved value: `opt`
  2.   --> src/main.rs:54:22
  3.    |
  4. 50 |         Some(x) => println!("Some: x={}", x),
  5.    |              - value partially moved here
  6. ...
  7. 54 |     println!("{:?}", opt);
  8.    |                      ^^^ value borrowed here after partial move
  9.    |
  10.    = note: partial move occurs because value has type `String`, which does not implement the `Copy` trait
  11. help: borrow this field in the pattern to avoid moving `opt.0`

String 类型是没有实现 Copy trait，它存储在堆上。创建 opt的时候，它的所有权move到 opt，通过模式匹配，所有权move到 x。x在match花括号的作用域后drop了。但是 opt 没有所有权，再次打印会报错。
unwrap 实现基于模式匹配，因此 unwarp 方法也会move 所有权。

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  2. let s = opt.unwrap();
  4. println!("{:?}", opt);

编译错误信息：

  1. 48  |     let opt = Some("hello".to_string());
  2.     |         --- move occurs because `opt` has type `Option<String>`, which does not implement the `Copy` trait
  3. 49  |     let s = opt.unwrap();
  4.     |                 -------- `opt` moved due to this method call
  5. 50  | 
  6. 51  |     println!("{:?}", opt);
  7.     |                      ^^^ value borrowed here after move
  8.     |

引用

move语义会转移所有权，使用借用 borrow语义就能保持所有权。

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  3. match &opt {
  4.     Some(x) => println!("{}", x),     // 对 &opt 进行模式匹配，此时的 x 是 &String 类型 
  5.     None => println!("None"),
  6. }
  7. println!("{:?}", opt);  // 输出 Some("hello")
  1. let opt = Some("hello".to_string());
  3. match opt {
  4.     Some(ref x) => println!("{}", x),
  5.     None => println!("None"),
  6. }
  7. println!("{:?}", opt);

opt 依然是正常的形式，不是其引用，在 Some 中使用 ref 修饰 x，此时 x 是 &String。 即将 opt所有的 String 的引用借给 x

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  3. let s = &opt.unwrap();
  4. println!("{:?}", opt);

很不幸，这样还是会编译错误。&opt.unwrap(); 实际是 &(opt.unwrap)。所有权move之后再取引用。那么很容易想到下面的做法

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  3. let s = (&opt).unwrap();
  4. println!("{:?}", opt);

这样做依然会编译失败。即使是 &opt，unwarp的签名是 self ，也就是 传递给 unwrap 的是 opt ，而不是 &opt。所有权还是转移了。想要实现 所有权的借用，可以仿照 上面 match表达式的写法。

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  3. let s = unwrap(&opt); 
  4. println!("{:?}", s);    // hello
  5. println!("{:?}", opt);  // Some("hello")
  8. fn unwrap(opt: &Option<String>) -> &String {
  9.     match opt {
  10.         Some(x) => x,
  11.         None => panic!("called `Option::unwrap()` on a `None` value"),
  12.     }
  13. }

as_ref

既然我们能想到封装一个 unwrap函数，标准库早也想到了。option的as_ref 源码

  1. pub const fn as_ref(&self) -> Option<&T> {   // 将 opt 的引用&opt 作为参数
  2.     match *self {                            // 对 opt 进行模式匹配
  3.         Some(ref x) => Some(x),              // 通过 ref 获取 x 引用，再封装成 Option 返回
  4.         None => None,
  5.     }
  6. }

上面的 Some(ref x) => Some(x) 就是我们上面展示的引用的写法二。过 as_ref 调用得到的是 Option<&String>。再调用 unwrap方法，就是对其进行模式匹配，就是写法二的方式:

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  3. let opt1 = opt.as_ref();   // as_ref 获取 opt x的引用
  5. match opt1 {                        // 模式匹配
  6.     Some(x) => println!("{}", x),   // x 是 &String 
  7.     None => println!("None"),
  8. }
  9. println!("{:?}", opt);
  10. println!("{:?}", opt1);

上面的过程可以连起来写成一行

  1. let opt = Some("hello".to_string());
  3. let s = opt.as_ref().unwrap();
  4. println!("{:?}", s);
  5. println!("{:?}", opt);

总结

Option 是 rust 类型安全重要思想的体现之一。它本质是一个 Enum 类型，有两个变体，Some(x) 和 None。当表示没有值的时候，可以使用 None。其语义类似其他语言如 Python的None，Golang 的 nil， java 的null。但是又跟其他语言有本质的不同。rust 的 None 是 Option 类型。而不是 其他任何类型。而其他语言的 None nil 可以是任何其他类型或引用类型。Null 可以是 字串，也可以是 指针。这就埋下了很多安全隐患。
Rust 的中表示可有可无的时候使用 Option。有值的时候需要使用 Some 变体。解出 Some(x) 中的 x 值方法是模式匹配。同时标注库也提供了便捷方法如 unwrap。
无论是使用 模式匹配 还是一些方法，对于所有权的move还是borrow严格遵循rust的所有权系统。通过上面介绍的几个例子用以说明。