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Rust 变量特性：不可变、和常量的区别、 Shadowing

Rust 是一门以安全性和性能著称的系统编程语言，其变量系统设计独特且强大。本文将从三个角度介绍 Rust 变量的核心特性：可变性（Mutability）、变量与常量的区别，以及 Shadowing 特性。通过具体的例子，我们将深入理解这些特性如何在实际编程中发挥作用。

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1. 可变性（Mutability）

在 Rust 中，变量默认是不可变的（immutable）。这意味着一旦变量被赋值，它的值就不能被修改。这种设计有助于提高代码的安全性和可读性，避免意外的数据修改。

如果需要修改变量的值，可以使用 mut 关键字显式声明变量为可变的。

示例：可变与不可变变量

fn main() {// 默认不可变变量let x = 5;println!("x 的值是: {}", x);// 尝试修改不可变变量会导致编译错误// x = 6; // 取消注释会报错！// 使用 mut 声明可变变量let mut y = 10;println!("y 的初始值是: {}", y);// 修改可变变量y = 15;println!("y 修改后的值是: {}", y);
}

输出：

x 的值是: 5
y 的初始值是: 10
y 修改后的值是: 15

分析：

• x 是不可变变量，尝试修改它的值会导致编译错误。
• y 是可变变量，可以通过 mut 关键字修改其值。

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2. 变量与常量的区别

Rust 中的常量（constant）与不可变变量类似，但有以下关键区别：

1. 常量必须显式指定类型。
2. 常量在编译时被求值，且生命周期贯穿整个程序运行期间。
3. 常量名通常使用全大写字母，并用下划线分隔单词。

示例：常量与不可变变量

fn main() {// 不可变变量let x = 5;println!("x 的值是: {}", x);// 常量const MAX_POINTS: u32 = 100_000;println!("最大点数: {}", MAX_POINTS);// 尝试修改常量会导致编译错误// MAX_POINTS = 200_000; // 取消注释会报错！
}

输出：

x 的值是: 5
最大点数: 100000

分析：

• x 是不可变变量，而 MAX_POINTS 是常量。
• 常量必须显式指定类型（如 u32），且不能被修改。

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3. Shadowing 特性

Rust 允许变量的 Shadowing（遮蔽），即在同一作用域内，可以用相同的变量名重新声明一个新变量。新变量会“遮蔽”旧变量，但它们的类型和值可以完全不同。

示例：Shadowing

fn main() {// 初始变量let x = 5;println!("x 的初始值是: {}", x);// Shadowing：重新声明 xlet x = x + 1;println!("x 第一次 Shadowing 后的值是: {}", x);// Shadowing：改变类型let x = "现在 x 是一个字符串";println!("x 第二次 Shadowing 后的值是: {}", x);
}

输出：

x 的初始值是: 5
x 第一次 Shadowing 后的值是: 6
x 第二次 Shadowing 后的值是: 现在 x 是一个字符串

分析：

• 第一次 Shadowing 后，x 的值从 5 变为 6，但类型仍然是整数。
• 第二次 Shadowing 后，x 的类型从整数变为字符串。
• Shadowing 允许我们在同一作用域内重用变量名，而无需创建新的变量名。

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综合示例：关联性展示

为了展示这三个特性的关联性，我们设计一个简单的程序，计算一个数的平方，并将其转换为字符串输出。

fn main() {// 不可变变量let num = 5;println!("初始值: {}", num);// 可变变量：计算平方let mut squared = num * num;println!("平方值: {}", squared);// 常量：定义最大允许值const MAX_VALUE: i32 = 100;if squared > MAX_VALUE {println!("平方值超过最大值 {}", MAX_VALUE);} else {println!("平方值在允许范围内");}// Shadowing：将平方值转换为字符串let squared = squared.to_string();println!("平方值的字符串形式: {}", squared);
}

输出：

初始值: 5
平方值: 25
平方值在允许范围内
平方值的字符串形式: 25

分析：
4. 使用不可变变量 num 存储初始值。
5. 使用可变变量 squared 计算平方值。
6. 使用常量 MAX_VALUE 定义允许的最大值。
7. 使用 Shadowing 将 squared 从整数类型转换为字符串类型。

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总结

Rust 的变量系统设计精巧，通过以下特性提升了代码的安全性和灵活性：
8. 可变性：默认不可变，显式声明可变性。
9. 变量与常量的区别：常量是编译时确定的不可变值，生命周期贯穿整个程序。
10. Shadowing：允许在同一作用域内重用变量名，支持类型和值的灵活变化。

这些特性使得 Rust 在保证内存安全的同时，提供了强大的表达能力。无论是系统编程还是应用开发，Rust 的变量系统都能满足多样化的需求。