控制流 (if, loop, while, for)

在编程中，控制流是指程序执行的顺序。通过控制流，我们可以根据条件执行不同的代码块，或者重复执行某段代码。Rust 提供了多种控制流结构，包括 if、loop、while 和 for。本教程将详细介绍这些控制流结构，并通过代码示例和实践练习帮助你掌握它们。

1. if 语句

if 语句用于根据条件执行不同的代码块。条件通常是一个布尔表达式，如果条件为 true，则执行 if 代码块中的代码；如果条件为 false，则跳过 if 代码块。

1.1 基本语法

fn main() {
    let number = 5;

    if number < 10 {
        println!("number is less than 10");
    } else {
        println!("number is greater than or equal to 10");
    }
}

1.2 else if 语句

你可以使用 else if 来处理多个条件：

fn main() {
    let number = 20;

    if number < 10 {
        println!("number is less than 10");
    } else if number < 20 {
        println!("number is between 10 and 20");
    } else {
        println!("number is greater than or equal to 20");
    }
}

1.3 条件表达式

Rust 中的 if 语句还可以用作表达式，返回一个值：

fn main() {
    let condition = true;
    let number = if condition { 5 } else { 6 };

    println!("The value of number is: {}", number);
}

2. loop 循环

loop 循环用于无限循环执行某段代码，直到你手动中断它。

2.1 基本语法

fn main() {
    let mut count = 0;

    loop {
        count += 1;
        println!("count: {}", count);

        if count == 5 {
            break; // 中断循环
        }
    }
}

2.2 break 和 continue

• break 用于立即退出循环。
• continue 用于跳过当前迭代，继续下一次迭代。

fn main() {
    let mut count = 0;

    loop {
        count += 1;

        if count % 2 == 0 {
            continue; // 跳过偶数
        }

        println!("count: {}", count);

        if count == 5 {
            break; // 中断循环
        }
    }
}

3. while 循环

while 循环在条件为 true 时重复执行代码块。

3.1 基本语法

fn main() {
    let mut number = 3;

    while number != 0 {
        println!("{}!", number);
        number -= 1;
    }

    println!("LIFTOFF!!!");
}

3.2 break 和 continue

while 循环中也可以使用 break 和 continue：

fn main() {
    let mut number = 10;

    while number > 0 {
        if number % 2 == 0 {
            number -= 1;
            continue; // 跳过偶数
        }

        println!("{}!", number);
        number -= 1;
    }

    println!("LIFTOFF!!!");
}

4. for 循环

for 循环用于遍历集合（如数组、范围等）中的每个元素。

4.1 基本语法

fn main() {
    let a = [10, 20, 30, 40, 50];

    for element in a.iter() {
        println!("the value is: {}", element);
    }
}

4.2 范围循环

你可以使用 .. 运算符来创建一个范围，并遍历它：

fn main() {
    for number in 1..4 {
        println!("{}!", number);
    }
    println!("LIFTOFF!!!");
}

4.3 rev 方法

你可以使用 rev 方法来反转范围的顺序：

fn main() {
    for number in (1..4).rev() {
        println!("{}!", number);
    }
    println!("LIFTOFF!!!");
}

5. 实践练习

练习 1: 猜数字游戏

编写一个简单的猜数字游戏。程序随机生成一个 1 到 100 之间的数字，用户输入猜测的数字，程序根据用户的输入给出提示（太大或太小），直到用户猜对为止。

use rand::Rng;
use std::io;

fn main() {
    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);

    loop {
        let mut guess = String::new();

        println!("Please input your guess.");

        io::stdin()
            .read_line(&mut guess)
            .expect("Failed to read line");

        let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
            Ok(num) => num,
            Err(_) => continue,
        };

        println!("You guessed: {}", guess);

        match guess.cmp(&secret_number) {
            std::cmp::Ordering::Less => println!("Too small!"),
            std::cmp::Ordering::Greater => println!("Too big!"),
            std::cmp::Ordering::Equal => {
                println!("You win!");
                break;
            }
        }
    }
}

练习 2: 斐波那契数列

编写一个程序，输出斐波那契数列的前 20 个数字。

fn main() {
    let mut a = 0;
    let mut b = 1;

    for _ in 0..20 {
        println!("{}", a);
        let temp = a;
        a = b;
        b = temp + b;
    }
}

练习 3: 计算阶乘

编写一个程序，计算并输出一个数字的阶乘。

fn main() {
    let number = 5;
    let mut factorial = 1;

    for i in 1..=number {
        factorial *= i;
    }

    println!("The factorial of {} is {}", number, factorial);
}

总结

通过本教程，你学习了 Rust 中的四种基本控制流结构：if、loop、while 和 for。这些结构是编程中的基础，掌握它们将帮助你编写更加灵活和功能强大的程序。通过实践练习，你可以更好地理解和应用这些概念。继续探索 Rust 的其他特性，你会发现这门语言的强大之处。