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一起聊聊在Rust中使用枚举表示状态

来源：责编：时间：2024-04-07 17:05:54 119观看

导读许多具有系统编程背景的Rust初学者倾向于使用bool(甚至u8—8位无符号整数类型)来表示“状态”。例如，如何使用bool来指示用户是否处于活动状态？struct User { // ... active: bool,}一开始，这可能看起来不错，但是随

许多具有系统编程背景的Rust初学者倾向于使用bool(甚至u8—8位无符号整数类型)来表示“状态”。

例如，如何使用bool来指示用户是否处于活动状态？

struct User {    // ...    active: bool,}

一开始，这可能看起来不错，但是随着代码库的增长，会发现“active”不是二进制状态。用户可以处于许多不同的状态，用户可能被挂起或删除。但是，扩展User结构体可能会出现问题，因为代码的其他部分有可能依赖active是bool类型。

另一个问题是bool不是自文档化的。active = false是什么意思？用户是否处于非活动状态，或者用户被删除了，或者用户被挂起了？我们不知道！

或者，可以使用一个无符号整数来表示状态：

struct User {    // ...    status: u8,}

这稍微好一点，因为我们现在可以使用不同的值来表示更多的状态：

const ACTIVE: u8 = 0;const INACTIVE: u8 = 1;const SUSPENDED: u8 = 2;const DELETED: u8 = 3;let user = User {    // ...    status: ACTIVE,};

u8的一个常见用例是与C代码交互，在这种情况下，使用u8似乎是唯一的选择。我们还可以将u8包装在一个新类型中！

struct User {    // ...    status: UserStatus,}struct UserStatus(u8);const ACTIVE: UserStatus = UserStatus(0);const INACTIVE: UserStatus = UserStatus(1);const SUSPENDED: UserStatus = UserStatus(2);const DELETED: UserStatus = UserStatus(3);let user = User {    // ...    status: ACTIVE,};

这样我们就可以在UserStatus上定义方法：

impl UserStatus {    fn is_active(&self) -> bool {        self.0 == ACTIVE.0    }}

我们甚至还可以定义一个构造函数来验证输入：

impl UserStatus {    fn new(status: u8) -> Result<Self, &'static str> {        match status {            ACTIVE.0 => Ok(ACTIVE),            INACTIVE.0 => Ok(INACTIVE),            SUSPENDED.0 => Ok(SUSPENDED),            DELETED.0 => Ok(DELETED),            _ => Err("Invalid status"),        }    }}

使用枚举表示状态

枚举是为域内的状态建模的好方法。它们以一种非常简洁的方式表达你的意图。

#[derive(Debug)]pub enum UserStatus {    /// 用户是活跃的，可以完全访问他们的帐户和任何相关功能。    Active,    /// 用户的帐户处于非活动状态。该状态可由用户或管理员恢复为激活状态。    Inactive,     /// 该用户的帐户已被暂时暂停，可能是由于可疑活动或违反政策。    /// 在此状态下，用户无法访问其帐户，并且可能需要管理员的干预才能恢复帐户。    Suspended,    /// 该用户的帐号已被永久删除，无法恢复。    /// 与该帐户关联的所有数据都可能被删除，用户需要创建一个新帐户才能再次使用该服务。    Deleted,}

我们可以将这个枚举插入到User结构体中：

struct User {    // ...    status: UserStatus,}

但这还不是全部。在Rust中，枚举比许多其他语言强大得多。例如，可以向枚举变量中添加数据：

#[derive(Debug)]pub enum UserStatus {    Active,    Inactive,    Suspended { until: DateTime<Utc> },    Deleted { deleted_at: DateTime<Utc> },}

我们还可以表示状态转换：

use chrono::{DateTime, Utc};#[derive(Debug)]pub enum UserStatus {    Active,    Inactive,    Suspended { until: DateTime<Utc> },    Deleted { deleted_at: DateTime<Utc> },}impl UserStatus {    /// 暂停用户直到指定日期    fn suspend(&mut self, until: DateTime<Utc>) {        match self {            UserStatus::Active => *self = UserStatus::Suspended { until },            _ => {}        }    }    /// 激活用户    fn activate(&mut self) -> Result<(), &'static str> {        match self {            // A deleted user can't be activated!            UserStatus::Deleted { .. } => return Err("can't activate a deleted user"),            _ => *self = UserStatus::Active        }        Ok(())    }    /// 删除用户，这是一个永久的动作！    fn delete(&mut self) {        if let UserStatus::Deleted { .. } = self {            // 已经删除，不要再设置deleted_at字段。            return;        }        *self = UserStatus::Deleted {            deleted_at: Utc::now(),        }    }    fn is_active(&self) -> bool {        matches!(self, UserStatus::Active)    }    fn is_suspended(&self) -> bool {        matches!(self, UserStatus::Suspended { .. })    }    fn is_deleted(&self) -> bool {        matches!(self, UserStatus::Deleted { .. })    }}#[cfg(test)]mod tests {    use chrono::Duration;    use super::*;    #[test]    fn test_user_status() -> Result<(), &'static str>{        let mut status = UserStatus::Active;        assert!(status.is_active());        // 暂停到明天        status.suspend(Utc::now() + Duration::days(1));        assert!(status.is_suspended());        status.activate()?;        assert!(status.is_active());        status.delete();        assert!(status.is_deleted());        Ok(())    }    #[test]    fn test_user_status_transition() {        let mut status = UserStatus::Active;        assert!(status.is_active());        status.delete();        assert!(status.is_deleted());        // 无法激活已删除的用户        assert!(status.activate().is_err());    }}

看看我们仅仅用几行代码就涵盖了多少内容！我们可以放心地扩展应用程序，因为我们知道不会意外地删除用户两次或重新激活已删除的用户。非法的状态转换现在是不可能的！

使用枚举与C代码交互

C代码：

typedef struct {    uint8_t status;} User;User *create_user(uint8_t status);

你可以写一个Rust枚举来表示状态：

#[repr(u8)]#[derive(Debug, PartialEq)]pub enum UserStatus {    Active = 0,    Inactive,    Suspended,    Deleted,}impl TryFrom<u8> for UserStatus {    type Error = ();    fn try_from(value: u8) -> Result<Self, Self::Error> {        match value {            0 => Ok(UserStatus::Active),            1 => Ok(UserStatus::Inactive),            2 => Ok(UserStatus::Suspended),            3 => Ok(UserStatus::Deleted),            _ => Err(()),        }    }}

注意到#[repr(u8)]属性了吗？它告诉编译器将此枚举表示为无符号8位整数。这对于与C代码的兼容性至关重要。

现在，让我们用一个安全的Rust包装器包装C函数：

extern "C" {    fn create_user(status: u8) -> *mut User;}pub fn create_user_wrapper(status: UserStatus) -> Result<User, &'static str> {    let user = unsafe { create_user(status as u8) };    if user.is_null() {        Err("Failed to create user")    } else {        Ok(unsafe { *Box::from_raw(user) })    }}

Rust代码现在使用丰富的enum类型与C代码通信。

总结

Rust中的枚举比大多数其他语言更强大。它们可以用来优雅地表示状态转换——甚至可以跨越语言边界。

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