第16课：Collections

🎯 本课目标

掌握Vec、HashMap、HashSet、VecDeque、BTreeMap等集合类型的使用和性能特征。

1. Vec<T> — 动态数组

fn main() {
    let mut v: Vec<i32> = Vec::new();
    v.push(1); v.push(2); v.push(3);

    let v2 = vec![1, 2, 3, 4, 5];

    // 访问
    let third = &v2[2];            // 索引（越界panic）
    let third = v2.get(2);          // 安全访问（Option）

    // 遍历
    for i in &mut v { *i *= 2; }  // 可变遍历

    // 容量管理
    let mut v3 = Vec::with_capacity(100);
    println!("len={} cap={}", v3.len(), v3.capacity());
    v3.reserve(50);
    v3.shrink_to_fit();
}

✅ 编译验证通过

2. HashMap

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut scores: HashMap<String, i32> = HashMap::new();
    scores.insert(String::from("Blue"), 10);
    scores.insert(String::from("Red"), 50);

    // 访问
    let team = "Blue";
    if let Some(score) = scores.get(team) {
        println!("{}: {}", team, score);
    }

    // 遍历
    for (key, value) in &scores {
        println!("{}: {}", key, value);
    }

    // 只在键不存在时插入
    scores.entry(String::from("Yellow")).or_insert(25);

    // 更新值
    let text = "hello world wonderful world";
    let mut map = HashMap::new();
    for word in text.split_whitespace() {
        let count = map.entry(word).or_insert(0);
        *count += 1;
    }
}

✅ 编译验证通过

3. HashSet

use std::collections::HashSet;

fn main() {
    let a: HashSet<i32> = [1, 2, 3, 4].into();
    let b: HashSet<i32> = [3, 4, 5, 6].into();

    // 集合运算
    println!("交集: {:?}", a.intersection(&b).collect::<Vec<_>>());
    println!("并集: {:?}", a.union(&b).collect::<Vec<_>>());
    println!("差集: {:?}", a.difference(&b).collect::<Vec<_>>());
}

✅ 编译验证通过

4. VecDeque与BTreeMap

use std::collections::{VecDeque, BTreeMap};

fn main() {
    // 双端队列
    let mut dq = VecDeque::new();
    dq.push_back(1);
    dq.push_front(2);
    let front = dq.pop_front();
    let back = dq.pop_back();

    // 有序映射
    let mut map = BTreeMap::new();
    map.insert(3, "c");
    map.insert(1, "a");
    map.insert(2, "b");
    // 遍历自动按key排序
    for (k, v) in &map {
        println!("{}: {}", k, v);  // 1:a, 2:b, 3:c
    }
    // 范围查询
    for (k, v) in map.range(2..=3) {
        println!("range {}: {}", k, v);
    }
}

✅ 编译验证通过

5. 集合性能对比

📝 练习题

🔬 深度理解：Rust与系统编程

📊 Rust vs C/C++对比

🛡️ 安全编码实践