一个使用结构体（Struct）的示例程序
为了理解何时使用结构体（Struct），让我们编写一个计算矩形面积（Area）的程序。我们将从使用单个变量开始，然后重构程序，直到最终使用结构体。
让我们用 Cargo 创建一个名为 rectangles 的新二进制项目，它将接收以像素为单位指定的矩形的宽度（Width）和高度（Height），并计算矩形的面积。示例 5-8 展示了我们项目中 src/main.rs 的一个简短程序，它正是这样做的。
fn main() {
let width1 = 30;
let height1 = 50;
println!(
"The area of the rectangle is {} square pixels.",
area(width1, height1)
);
}
fn area(width: u32, height: u32) -> u32 {
width * height
}现在，使用 cargo run 运行这个程序：
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.42s
Running `target/debug/rectangles`
The area of the rectangle is 1500 square pixels.
这段代码通过使用每个维度调用 area 函数成功计算了矩形的面积，但我们还可以做更多来使这段代码清晰易读。
这个问题在 area 的签名中很明显：
fn main() {
let width1 = 30;
let height1 = 50;
println!(
"The area of the rectangle is {} square pixels.",
area(width1, height1)
);
}
fn area(width: u32, height: u32) -> u32 {
width * height
}area 函数本应计算一个矩形的面积，但我们编写的函数有两个参数，而且在程序的任何地方都没有明确说明这些参数是相关的。将宽度和高度组合在一起会更易读和更易管理。我们在第 3 章的“元组类型”部分已经讨论过一种实现方式：使用元组（Tuple）。
使用元组（Tuple）重构
示例 5-9 展示了使用元组（Tuple）的另一个版本。
fn main() {
let rect1 = (30, 50);
println!(
"The area of the rectangle is {} square pixels.",
area(rect1)
);
}
fn area(dimensions: (u32, u32)) -> u32 {
dimensions.0 * dimensions.1
}从某方面来说，这个程序更好。元组（Tuple）让我们增加了一些结构，现在我们只传递一个参数。但从另一方面来说，这个版本不够清晰：元组（Tuple）没有命名其元素，所以我们不得不通过索引来访问元组的各个部分，这使得我们的计算不够直观。
混淆宽度和高度对面积计算来说无关紧要，但如果我们想在屏幕上绘制矩形，那就重要了！我们必须记住 width 是元组索引 0，height 是元组索引 1。如果其他人要使用我们的代码，这将更难让他们弄清楚并记住。因为我们没有在代码中传达数据的含义，所以现在更容易引入错误。
使用结构体（Struct）重构
我们使用结构体（Struct）通过标记数据来增加含义。我们可以将目前使用的元组（Tuple）转换为一个结构体，为整体以及各个部分都赋予名称，如示例 5-10 所示。
struct Rectangle {
width: u32,
height: u32,
}
fn main() {
let rect1 = Rectangle {
width: 30,
height: 50,
};
println!(
"The area of the rectangle is {} square pixels.",
area(&rect1)
);
}
fn area(rectangle: &Rectangle) -> u32 {
rectangle.width * rectangle.height
}Rectangle 结构体这里，我们定义了一个名为 Rectangle 的结构体。在花括号内，我们将字段定义为 width 和 height，两者类型都是 u32。然后，在 main 中，我们创建了一个特定的 Rectangle 实例，其宽度为 30，高度为 50。
我们的 area 函数现在定义了一个参数，我们将其命名为 rectangle，其类型是 Rectangle 结构体实例的不可变借用。正如第 4 章中提到的，我们想要借用结构体而不是获取它的所有权。这样，main 保留了其所有权，可以继续使用 rect1，这就是我们在函数签名和调用函数时使用 & 的原因。
area 函数访问 Rectangle 实例的 width 和 height 字段（注意，访问借用的结构体实例的字段不会移动字段的值，这就是为什么你经常看到借用结构体的原因）。我们的 area 函数签名现在准确地表达了我们的意图：使用 Rectangle 的 width 和 height 字段计算其面积。这传达了宽度和高度是相互关联的，并且为值提供了描述性名称，而不是使用 0 和 1 这样的元组索引值。这在清晰性上是一个胜利。
使用派生 trait（Derived Trait）增加功能
能够在调试程序时打印 Rectangle 的实例并查看其所有字段的值将非常有用。示例 5-11 尝试使用我们之前章节中用过的 println! 宏。然而，这不会工作。
struct Rectangle {
width: u32,
height: u32,
}
fn main() {
let rect1 = Rectangle {
width: 30,
height: 50,
};
println!("rect1 is {rect1}");
}Rectangle 实例当我们编译这段代码时，会得到以下核心错误信息：
error[E0277]: `Rectangle` doesn't implement `std::fmt::Display`
println! 宏可以做多种类型的格式化，默认情况下，花括号告诉 println! 使用一种称为 Display 的格式化方式：即直接供最终用户使用的输出。到目前为止我们看到的基本类型默认实现了 Display，因为向用户展示 1 或任何其他基本类型只有一种方式。但对于结构体（Struct），println! 应该以何种方式格式化输出就不那么明确了，因为存在更多的显示可能性：你想要逗号还是不想要？你想要打印花括号吗？应该显示所有字段吗？由于这种歧义，Rust 不会试图猜测我们想要什么，结构体也没有提供 Display 的实现供 println! 和 {} 占位符使用。
如果继续阅读错误信息，我们会发现这个有用的提示：
| |`Rectangle` cannot be formatted with the default formatter
| required by this formatting parameter
让我们试试！println! 宏的调用现在看起来像 println!("rect1 is {rect1:?}");。将说明符 :? 放在花括号内告诉 println! 我们想要使用一种称为 Debug 的输出格式。Debug trait 使我们能够以对开发者有用的方式打印结构体，这样我们就可以在调试代码时看到它的值。
编译修改后的代码。哎呀！我们仍然得到一个错误：
error[E0277]: `Rectangle` doesn't implement `Debug`
但同样，编译器给了我们一个有用的提示：
| required by this formatting parameter
|
Rust 确实 包含了打印调试信息的功能，但我们需要显式地选择加入，才能使该功能对我们的结构体可用。为此，我们在结构体定义之前添加外部属性 #[derive(Debug)]，如示例 5-12 所示。
#[derive(Debug)]
struct Rectangle {
width: u32,
height: u32,
}
fn main() {
let rect1 = Rectangle {
width: 30,
height: 50,
};
println!("rect1 is {rect1:?}");
}Debug trait 并使用调试格式打印 Rectangle 实例现在当我们运行程序时，不会得到任何错误，我们将看到以下输出：
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.48s
Running `target/debug/rectangles`
rect1 is Rectangle { width: 30, height: 50 }
太好了！虽然它不是最漂亮的输出，但它显示了这个实例的所有字段的值，这在调试时肯定会有帮助。当我们有更大的结构体时，拥有更易读的输出会很有用；在这些情况下，我们可以在 println! 字符串中使用 {:#?} 而不是 {:?}。在这个例子中，使用 {:#?} 风格将输出以下内容：
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.48s
Running `target/debug/rectangles`
rect1 is Rectangle {
width: 30,
height: 50,
}
另一种使用 Debug 格式打印值的方法是使用 dbg! 宏，它获取表达式的所有权（与 println! 相反，后者获取引用），打印代码中 dbg! 宏调用所在位置的文件名和行号以及该表达式的结果值，并返回该值的所有权。
注意：调用
dbg!宏会打印到标准错误控制台流（stderr），而println!打印到标准输出控制台流（stdout）。我们将在第 12 章的“将错误信息重定向到标准错误”部分更多地讨论stderr和stdout。
下面是一个示例，我们关心分配给 width 字段的值，以及 rect1 中整个结构体的值：
#[derive(Debug)]
struct Rectangle {
width: u32,
height: u32,
}
fn main() {
let scale = 2;
let rect1 = Rectangle {
width: dbg!(30 * scale),
height: 50,
};
dbg!(&rect1);
}我们可以将 dbg! 放在表达式 30 * scale 周围，由于 dbg! 返回表达式的值的所有权，width 字段将获得与没有 dbg! 调用时相同的值。我们不希望 dbg! 获取 rect1 的所有权，所以我们在下一个调用中使用对 rect1 的引用。以下示例的输出看起来像这样：
$ cargo run
Compiling rectangles v0.1.0 (file:///projects/rectangles)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.61s
Running `target/debug/rectangles`
[src/main.rs:10:16] 30 * scale = 60
[src/main.rs:14:5] &rect1 = Rectangle {
width: 60,
height: 50,
}
我们可以看到，第一行输出来自 src/main.rs 的第 10 行，我们在那里调试表达式 30 * scale，其结果值为 60（为整数实现的 Debug 格式化只打印它们的值）。src/main.rs 第 14 行的 dbg! 调用输出了 &rect1 的值，即 Rectangle 结构体。这个输出使用了 Rectangle 类型的漂亮 Debug 格式化。当你试图弄清楚代码在做什么时，dbg! 宏真的很有用！
除了 Debug trait 之外，Rust 还提供了许多 trait 供我们与 derive 属性一起使用，这些 trait 可以为我们的自定义类型添加有用的行为。这些 trait 及其行为列在附录 C中。我们将在第 10 章中介绍如何以自定义行为实现这些 trait 以及如何创建自己的 trait。除了 derive 之外，还有许多其他属性；更多信息，请参阅 Rust 参考手册的“属性“部分。
我们的 area 函数非常特定：它只计算矩形的面积。将这个行为更紧密地绑定到我们的 Rectangle 结构体上会很有帮助，因为它不适用于任何其他类型。让我们看看如何通过将 area 函数转换为在 Rectangle 类型上定义的 area 方法来继续重构这段代码。