8.5 HashMap Pt.1：HashMap的定义、创建、合并与访问

8.5.0. 本章内容

第八章主要讲的是 Rust 中常见的集合。Rust 提供了很多集合类型的数据结构，这些集合可以包含很多值。但是第八章所讲的集合与数组和元组有所不同。

第八章中的集合是存储在堆内存上而非栈内存上的，这也意味着这些集合的数据大小无需在编译时就确定，在运行时它们可以动态地变大或变小。

本章主要会讲三种集合：Vector、String 和 HashMap（本文）。

8.5.1. 什么是 HashMap

HashMap 的形式是 HashMap<K, V>，其中 K 代表键（key），V 代表值（value）。HashMap 以键值对的形式存储数据，一个键对应一个值。很多语言都支持这样的集合数据结构，但叫法不一定相同——例如 C# 中相同概念的数据结构叫字典（dictionary）。

HashMap 的内部实现使用了哈希函数，这个函数决定了如何在内存中存储键与值。

在 Vector 中我们使用索引来访问数据，但有的时候你想通过键来查找数据（键可以是任何实现了 Eq 和 Hash trait 的类型），而不是通过索引，或者说你不清楚这个数据在哪个索引上。这种情况就可以使用 HashMap。

需要注意的是，HashMap 是同构的，也就是说在一个 HashMap 中，所有的键必须是同一类型，所有的值必须是同一类型。

8.5.2. 创建 HashMap

由于 HashMap 不常用，所以 Rust 并没有把它放进预导入模块（prelude）。使用前需要引入 HashMap，在文件开头写上：use std::collections::HashMap;
创建空的 HashMap 使用 HashMap::new() 函数
添加数据使用 insert() 方法

看个例子：

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut scores: HashMap<String, i32> = HashMap::new();
}

在这里创建了一个名为 scores 的变量来存储 HashMap。由于 Rust 是强类型语言，它必须知道你在 HashMap 里存储什么数据类型。又因为没有前后文可供编译器推断，所以在声明时就必须把键和值的数据类型显式声明出来。在这段代码中，scores 的键被设为 String，值被设为 i32。

当然，如果你在后文给这个 HashMap 添加了数据，Rust 就会根据插入的数据自动推断键和值的数据类型。添加数据使用 insert() 方法。例子如下：

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    scores.insert(String::from("dev1ce"), 0);
}

因为在第 5 行往 scores 里插入了键值对，且键 String::from("dev1ce") 是 String 类型，值 0 是 i32（Rust 默认整数类型是 i32），所以编译器就会推断出 scores 是一个 HashMap<String, i32>，因此第四行在声明时就不需要显式声明类型了。

8.5.3. 将两个 Vector 合为一个 HashMap

在元素类型为元组的 Vector 上，可以使用 collect 方法来构建 HashMap。换个说法：假如你有两个 Vector，这两个 Vector 上的所有值都有一一对应关系，就可以使用 collect，把一个 Vector 里的数据作为键，另一个作为值，放到 HashMap 里。如下例：

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let player = vec![String::from("dev1ce"), String::from("Zywoo")];
    let initial_scores = vec![0, 100];
    let scores: HashMap<_, _> = player.into_iter().zip(initial_scores).collect();
}

player 这个 Vector 用来存储选手名字，里面的元素是 String 类型。
initial_scores 这个 Vector 用来存储每个选手对应的得分。
player.into_iter() 以及传给 zip 的 initial_scores（也会变成迭代器）会从这两个 Vector 中取出拥有所有权的值。使用 .zip() 可以创建“player 中元素在前、initial_scores 中元素在后”的元组序列。如果想交换元素位置，把代码中的两个迭代器互换位置即可。然后再使用 .collect() 把这些元组转换成 HashMap。因为使用了 into_iter，HashMap 会获得这些值的所有权（原来的两个 Vector 会被消耗掉）。
最后要注意的一点是：.collect() 支持转换为很多数据结构。如果写代码时不显式声明其类型，程序就会报错。这里指明了类型是 HashMap<_, _>。<> 中的两个数据类型，编译器可以根据代码（也就是两个 Vector 的类型）来推断，所以这里可以写 _ 占位符让它自行推断。

8.5.4. HashMap 和所有权

对于实现了 Copy trait 的数据类型（例如 i32 以及绝大多数简单数据类型），值会被复制到 HashMap 中，原先的变量仍然可用。对于没有实现 Copy 的类型（例如 String），所有权会被移交给 HashMap。

如果将引用插入到 HashMap，值本身就不会移动。在 HashMap 的有效期间，被引用的值必须保持有效。

8.5.5. 访问 HashMap 中的值

访问值可以使用 get 方法。get 方法的参数是 HashMap 的键，返回值是 Option<&V> 枚举。看个例子：

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    scores.insert(String::from("dev1ce"), 0);
    scores.insert(String::from("Zywoo"), 100);

    let player_name = String::from("dev1ce");
    let score = scores.get(&player_name);
    match score {
        Some(score) => println!("{}", score),
        None => println!("Player not found"),
    };
}

首先创建了一个空的 HashMap 叫做 scores，然后通过 insert 往里面添加了两个键值对 ("dev1ce", 0) 和 ("Zywoo", 100)，键类型是 String，值类型是 i32。
然后声明了名为 player_name 的 String 变量，其值为 "dev1ce"。
接着通过 HashMap 上的 get 方法，在 scores 中查找 player_name 这个键所对应的值（& 表示引用）。但由于 get 返回的是 Option 枚举，所以这里先把这个 Option 值赋给 score，后面再来解包。
最后使用 match 表达式来处理 score。如果找到了对应的值，score 就是 Some 变体，把 Some 关联的值绑定到 score 上，然后再打印出来。如果找不到，score 就是 None 变体，这时就会打印 "Player not found"。

输出：

8.5.6. 遍历 HashMap

遍历 HashMap 一般使用 for 循环。如下例：

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut scores = HashMap::new();
    scores.insert(String::from("dev1ce"), 0);
    scores.insert(String::from("Zywoo"), 100);
    for (k, v) in &scores {
        println!("{}: {}", k, v);
    }
}

这个 for 循环使用的是 HashMap 的引用，也就是 &scores，因为通常遍历之后还要继续使用这个 HashMap，所以使用引用就不会失去所有权。前面的 (k, v) 是模式匹配：第一个值是键，赋给 k；第二个是值，赋给 v。

一种可能的输出如下（遍历顺序是任意的，不同运行之间可能不同）：

dev1ce: 0
Zywoo: 100

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