Rust语言中的函数式数据结构（深入理解Rust不可变数据结构与模式匹配）

Rust 中的不可变性基础

在 Rust 中，默认所有变量都是不可变的。例如：

let x = 5;// x = 6; // ❌ 编译错误！不能修改不可变变量let mut y = 10;y = 11; // ✅ 允许，因为使用了 mut

这种设计鼓励开发者优先考虑不可变数据，这正是函数式风格的核心。

构建一个简单的函数式链表

链表是函数式编程中最经典的数据结构之一。我们来用 Rust 实现一个单向不可变链表。

首先，定义链表节点。每个节点要么是空（Nil），要么包含一个值和指向下一个节点的引用（Cons）：

#[derive(Debug)]enum List {    Nil,    Cons(i32, Box<List>),}

这里我们使用了 enum 来表示两种可能的状态，这是 Rust 中实现代数数据类型的标准方式。注意我们用 Box<List> 来避免无限大小的问题（因为 List 是递归定义的）。

创建和使用链表

fn main() {    let list = List::Cons(1,                 Box::new(List::Cons(2,                          Box::new(List::Cons(3,                                   Box::new(List::Nil))))));    println!("{:?}", list); // 输出: Cons(1, Cons(2, Cons(3, Nil)))}

使用模式匹配操作数据结构

Rust模式匹配 是处理这类枚举类型数据结构的利器。例如，我们可以写一个函数来计算链表长度：

fn length(list: &List) -> usize {    match list {        List::Nil => 0,        List::Cons(_, next) => 1 + length(next),    }}

这个函数通过递归和模式匹配，安全地遍历整个链表。由于我们只读取数据（不修改），所以完全符合函数式风格。

“修改”不可变结构：持久化更新

在函数式世界中，“修改”意味着创建一个新结构。例如，向链表头部插入一个新元素：

fn prepend(value: i32, list: List) -> List {    List::Cons(value, Box::new(list))}fn main() {    let original = List::Cons(1, Box::new(List::Nil));    let new_list = prepend(0, original);    // original 已被 move，不能再使用    // 但如果我们传引用，可以保留原结构    println!("New list: {:?}", new_list); // Cons(0, Cons(1, Nil))}

注意：这里 original 被移动（moved）了，因为我们把所有权交给了 prepend。如果想保留原列表，可以克隆或使用引用——但在真正的函数式库中（如 im-rs），会使用更高效的结构共享技术。

进阶：使用标准库或第三方库

虽然上面的例子帮助理解原理，但在实际项目中，你可以使用更成熟的库：

• std::collections::VecDeque：支持高效首尾操作
• im crate：提供高性能的不可变数据结构，如 Vector, HashMap 等

总结

通过本文，你已经掌握了 Rust函数式数据结构 的基本思想：利用不可变性、模式匹配和递归，构建安全且表达力强的数据结构。关键点包括：

• 默认不可变变量是函数式风格的基础
• 使用 enum 定义递归数据类型（如链表）
• 通过 Rust模式匹配 安全地解构数据
• “修改”操作返回新实例，实现持久化

无论你是系统编程新手，还是希望写出更安全、更简洁代码的开发者，掌握这些概念都将极大提升你的 Rust 编程能力。继续练习，尝试实现栈、树等其他结构吧！

记住，Rust不可变数据结构 不仅是一种技术选择，更是一种思维方式的转变——从“如何改变状态”转向“如何描述变换”。