如何理解String,str与&str

字符串,字符串字面量和字符串切片是初学 rust 最困惑的一点,一部分是因为它的各种用法繁杂,经常使用;另一部分也是因为它们所提供的方法繁多,并且有着令人疑惑的相互转换。虽然常读常新,但还是想写一篇博客,分享之外也可以让自己在困惑时快速找到参考而不用翻阅大量网页。

从内存开始

通过了解字符串在内存中的表示,我们可以最直观的了解到他们的不同之处,考虑下面的代码和他们创建的布局。

let s1 = String::from("Hello");
let s2 = &s1[1..];
let s3 = "Hello";

他们的内存布局如下

                  my_name:s1(String)  my_name: s2(&str)       my_name:s3(&str)
                  [----------------]  [–––––––––––]           [--------------]
                  +---+---+---+       +–––+–––+                +---+---+
stack frame       | • | 6 | 5 |       │ • │ 4 │                | • | 4 |
                  +-|-+---+---+       │–+–+–--+                +-|-+---+
                    |                 |                          |
                    |   +-------------+                          |
                    |   |                                        |
                  +-V-+-V-+---+---+---+---+                      |
heap frame        | H | e | l | l | o |   |                      |
                  +---+---+---+---+---+---+                      |
                                                                 |
                                                                 |
                                                                 |
                                                                 |
                                             preallocated  +–-–+–V–+–––+–––+–––+–––+
                                             read-only     │ H │ e │ l │ l │ o │   │ 
                                             memory        +–––+–––+–––+–––+–––+–––+

我们可以发现下面几条事实:

  1. String 在堆上作为可伸缩缓存区存储文本,可以按需要调整大小。
  2. &str 在栈上,作为“胖指针”,包含了实际数据的地址和长度,我们无法修改&str
  3. 字符串字面量存在于预定义的只读内存中,我们无法进行修改。

由于切片无法重新分配它引用的缓冲区,因此我们除了make_ascii_uppercasemake_ascii_lowercase外没有需要使用&mut str的地方。

记住以上的内容已经能够让你区分String与&str了,另外对于有过C/C++底子的人来说,还需要记得Rust的字符串是Unicode,因此不要通过下标的方式进行单个字符操作,你应该依赖方法,大量的方法。

字符串方法

在这里我们以string代指String类型,slice则代指&str类型。

当你想要修改字符串,即伸缩堆缓冲区时,请使用String的处理方法;当你想要就地操作文本时,还可以使用str提供的处理方法。

因为String解引用为&str,因此str上定义的所有方法也都可以在String上直接调用。

下面介绍常用的字符串方法

创建字符串值

方法名介绍
String::new()创建一个空的String类型
String::with_capacity(n)创建一个初始缓冲区为n的String类型
slice.to_string()创建一个全新的String类型,其初始内容是slice的副本
slice.to_owned()专为字符串字面量设计,而to_string()还可以用在实现了ToString trait的其他类型中

追加和插入文本

方法名介绍
String.push(ch)添加单个字符
String.push_str(slice)添加字符串
String.insert(i, ch)在字节偏移i的位置插入字符,i后内容移位(性能问题)
String.insert_str(i, slice)插入字符串(性能问题)

获取字符串基本信息

方法名介绍
slice.len()返回slice的长度(字节计)
slice.is_empty()slice.len() == 0 返回true
slice[range]返回切片的部分切片,由于UTF-8的问题,取得一个字符很麻烦

更多内容请参考标准库String和标准库str