## 控制流

根据条件是否为真来决定是否执行某些代码，或根据条件是否为真来重复运行一段代码，是大部分编程语言的基本组成部分。Rust 代码中最常见的用来控制执行流的结构是 `if` 表达式和循环。

### `if` 表达式

`if` 表达式允许根据条件执行不同的代码分支。你提供一个条件并表示 “如果条件满足，运行这段代码；如果条件不满足，不运行这段代码。”

在 projects 目录新建一个名为 branches 的项目用来学习 `if` 表达式。在 src/main.rs 文件中，输入如下内容：

文件名: src/main.rs

    fn main() {
        let number = 3;

        if number < 5 {
            println!("condition was true");
        } else {
            println!("condition was false");
        }
    }

所有的 `if` 表达式都以 `if` 关键字开头，其后跟一个条件。在这个例子中，条件检查变量 `number` 的值是否小于 5。在条件为真时希望执行的代码块位于紧跟条件之后的大括号中。`if` 表达式中与条件关联的代码块有时被叫做分支（arm），就像第 2 章“比较猜测的数字和秘密数字”部分中讨论到的 `match` 表达式中的分支一样。

也可以包含一个可选的 `else` 表达式来提供一个在条件为假时应当执行的代码块，这里我们就这么做了。如果不提供 `else` 表达式并且条件为假时，程序会直接忽略 `if` 代码块并继续执行下面的代码。

尝试运行代码，应该能看到如下输出：

    $ cargo run
       Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
        Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31s
         Running `target/debug/branches`
    condition was true

尝试改变 `number` 的值使条件为 `false` 时看看会发生什么：

    fn main() {
        let number = 7;

        if number < 5 {
            println!("condition was true");
        } else {
            println!("condition was false");
        }
    }

再次运行程序并查看输出：

    $ cargo run
       Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
        Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31s
         Running `target/debug/branches`
    condition was false

另外值得注意的是代码中的条件必须是 `bool` 值。如果条件不是 `bool` 值，我们将得到一个错误。例如，尝试运行以下代码：

文件名: src/main.rs

    fn main() {
        let number = 3;

        if number {
            println!("number was three");
        }
    }

这里 `if` 条件的值是 `3`，Rust 抛出了一个错误：

    $ cargo run
       Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
    error[E0308]: mismatched types
     --> src/main.rs:4:8
      |
    4 |     if number {
      |        ^^^^^^ expected `bool`, found integer

    For more information about this error, try `rustc --explain E0308`.
    error: could not compile `branches` due to previous error

这个错误表明 Rust 期望一个 `bool` 却得到了一个整数。不像 Ruby 或 JavaScript 这样的语言，Rust 并不会尝试自动地将非布尔值转换为布尔值。你必须自始至终显式地使用布尔值作为 `if` 的条件。例如，如果想要 `if` 代码块只在一个数字不等于 `0` 时执行，可以把 `if` 表达式修改成下面这样：

文件名: src/main.rs

    fn main() {
        let number = 3;

        if number != 0 {
            println!("number was something other than zero");
        }
    }

运行代码会打印出 `number was something other than zero`。

#### 使用 `else if` 处理多重条件

可以将 `if` 和 `else` 组成的 `else if` 表达式来实现多重条件。例如：

文件名: src/main.rs

    fn main() {
        let number = 6;

        if number % 4 == 0 {
            println!("number is divisible by 4");
        } else if number % 3 == 0 {
            println!("number is divisible by 3");
        } else if number % 2 == 0 {
            println!("number is divisible by 2");
        } else {
            println!("number is not divisible by 4, 3, or 2");
        }
    }

这个程序有 4 个可能的执行路径。运行后应该能看到如下输出：

    $ cargo run
       Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
        Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.31s
         Running `target/debug/branches`
    number is divisible by 3

当执行这个程序时，它按顺序检查每个 `if` 表达式并执行第一个条件为真的代码块。注意即使 6 可以被 2 整除，也不会输出 `number is divisible by 2`，更不会输出 `else` 块中的 `number is not divisible by 4, 3, or 2`。原因是 Rust 只会执行第一个条件为真的代码块，并且一旦它找到一个以后，甚至都不会检查剩下的条件了。

使用过多的 `else if` 表达式会使代码显得杂乱无章，所以如果有多于一个 `else if` 表达式，最好重构代码。为处理这些情况，第 6 章会介绍一个强大的 Rust 分支结构（branching construct），叫做 `match`。

#### 在 `let` 语句中使用 `if`

因为 `if` 是一个表达式，我们可以在 `let` 语句的右侧使用它来将结果赋值给一个变量，例如在示例 3-2 中：

文件名: src/main.rs

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

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

示例 3-2：将 `if` 表达式的返回值赋给一个变量

`number` 变量将会绑定到表示 `if` 表达式结果的值上。运行这段代码看看会出现什么：

    $ cargo run
       Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
        Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.30s
         Running `target/debug/branches`
    The value of number is: 5

记住，代码块的值是其最后一个表达式的值，而数字本身就是一个表达式。在这个例子中，整个 `if` 表达式的值取决于哪个代码块被执行。这意味着 `if` 的每个分支的可能的返回值都必须是相同类型；在示例 3-2 中，`if` 分支和 `else` 分支的结果都是 `i32` 整型。如果它们的类型不匹配，如下面这个例子，则会产生一个错误：

文件名: src/main.rs

    fn main() {
        let condition = true;

        let number = if condition { 5 } else { "six" };

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

当编译这段代码时，会得到一个错误。`if` 和 `else` 分支的值类型是不相容的，同时 Rust 也准确地指出在程序中的何处发现的这个问题：

    $ cargo run
       Compiling branches v0.1.0 (file:///projects/branches)
    error[E0308]: `if` and `else` have incompatible types
     --> src/main.rs:4:44
      |
    4 |     let number = if condition { 5 } else { "six" };
      |                                 -          ^^^^^ expected integer, found `&str`
      |                                 |
      |                                 expected because of this

    For more information about this error, try `rustc --explain E0308`.
    error: could not compile `branches` due to previous error

`if` 代码块中的表达式返回一个整数，而 `else` 代码块中的表达式返回一个字符串。这不可行，因为变量必须只有一个类型。Rust 需要在编译时就确切地知道 `number` 变量的类型，这样它就可以在编译时验证在每处使用的 `number` 变量的类型是有效的。若 `number` 的类型仅在运行时确定，则 Rust 将无法做到这一点；而且若编译器必须跟踪任意变量的多种假设类型，则编译器会变得更复杂，并且对代码的保证也会减少。

### 使用循环重复执行

多次执行同一段代码是很常用的，Rust 为此提供了多种循环（loop），它们遍历执行循环体中的代码直到结尾并紧接着回到开头继续执行。为了试验循环，让我们新建一个名为 loops 的项目。

Rust 有三种循环：`loop`、`while` 和 `for`。我们每一个都试试。

#### 使用 `loop` 重复执行代码

`loop` 关键字告诉 Rust 一遍又一遍地执行一段代码直到你明确要求停止。

例如，将 loops 目录中的 src/main.rs 文件修改为如下：

文件名: src/main.rs

    fn main() {
        loop {
            println!("again!");
        }
    }

当运行这个程序时，我们会看到连续的反复打印 `again!`，直到我们手动停止程序。大部分终端都支持一个快捷键 ctrl-c 来终止一个陷入无限循环的程序。尝试一下：

    $ cargo run
       Compiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)
        Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.29s
         Running `target/debug/loops`
    again!
    again!
    again!
    again!
    ^Cagain!

符号 `^C` 代表你在这按下了ctrl-c。在 `^C` 之后你可能看到也可能看不到 `again!` ，这取决于在接收到终止信号时代码执行到了循环的何处。

幸运的是，Rust 也提供了一种从代码中跳出循环的方法。可以使用 `break` 关键字来告诉程序何时停止循环。回忆一下在第 2 章猜数字游戏的 “猜测正确后退出” 章节使用过它来在用户猜对数字赢得游戏后退出程序。

我们在猜数字游戏中也使用了 `continue`。循环中的 `continue` 关键字告诉程序跳过这个循环迭代中的任何剩余代码，并转到下一个迭代。

如果存在嵌套循环，`break` 和 `continue` 应用于此时最内层的循环。你可以选择在一个循环上指定一个循环标签（loop label），然后将标签与 `break` 或 `continue` 一起使用，使这些关键字应用于已标记的循环而不是最内层的循环。下面是一个包含两个嵌套循环的示例：

    fn main() {
        let mut count = 0;
        'counting_up: loop {
            println!("count = {}", count);
            let mut remaining = 10;

            loop {
                println!("remaining = {}", remaining);
                if remaining == 9 {
                    break;
                }
                if count == 2 {
                    break 'counting_up;
                }
                remaining -= 1;
            }

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

外层循环有一个标签 `counting_up`，它将从 0 数到 2。没有标签的内部循环从 10 向下数到 9。第一个没有指定标签的 `break` 将只退出内层循环。`break 'counting_up;` 语句将退出外层循环。这个代码打印:

    $ cargo run
       Compiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)
        Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.58s
         Running `target/debug/loops`
    count = 0
    remaining = 10
    remaining = 9
    count = 1
    remaining = 10
    remaining = 9
    count = 2
    remaining = 10
    End count = 2

#### 从循环返回

`loop` 的一个用例是重试可能会失败的操作，比如检查线程是否完成了任务。然而你可能会需要将操作的结果从循环中传递给其它的代码。为此，你可以在用于停止循环的 `break` 表达式添加你想要返回的值；该值将从循环中返回，以便您可以使用它，如下所示：

    fn main() {
        let mut counter = 0;

        let result = loop {
            counter += 1;

            if counter == 10 {
                break counter * 2;
            }
        };

        println!("The result is {}", result);
    }

在循环之前，我们声明了一个名为 `counter` 的变量并初始化为 `0`。接着声明了一个名为 `result` 来存放循环的返回值。在循环的每一次迭代中，我们将 `counter` 变量加 `1`，接着检查计数是否等于 `10`。当相等时，使用 `break` 关键字返回值 `counter * 2`。循环之后，我们通过分号结束赋值给 `result` 的语句。最后打印出 `result` 的值，也就是 20。

#### `while` 条件循环

在程序中计算循环的条件也很常见。当条件为真，执行循环。当条件不再为真，调用 `break` 停止循环。这个循环类型可以通过组合 `loop`、`if`、`else` 和 `break` 来实现；如果你喜欢的话，现在就可以在程序中试试。然而，这个模式太常用了，Rust 为此内置了一个语言结构，它被称为 `while` 循环。示例 3-3 使用了 `while` 来程序循环 3 次，每次数字都减 1。接着在循环结束后，打印出另一个信息并退出。

文件名: src/main.rs

    fn main() {
        let mut number = 3;

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

            number -= 1;
        }

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

示例 3-3: 当条件为真时，使用 `while` 循环运行代码

这种结构消除了很多使用 `loop`、`if`、`else` 和 `break` 时所必须的嵌套，这样更加清晰。当条件为真就执行，否则退出循环。

#### 使用 `for` 遍历集合

可以使用 `while` 结构来遍历集合中的元素，比如数组。例如，示例 3-4 中的循环打印数组 `a` 中的每个元素。

文件名: src/main.rs

    fn main() {
        let a = [10, 20, 30, 40, 50];
        let mut index = 0;

        while index < 5 {
            println!("the value is: {}", a[index]);

            index += 1;
        }
    }

示例 3-4：使用 `while` 循环遍历集合中的元素

在这里，代码对数组中的元素进行计数。它从索引 `0` 开始，并接着循环直到遇到数组的最后一个索引（即 `index < 5` 不再为真时）。运行这段代码会打印出数组中的每一个元素：

    $ cargo run
       Compiling loops v0.1.0 (file:///projects/loops)
        Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.32s
         Running `target/debug/loops`
    the value is: 10
    the value is: 20
    the value is: 30
    the value is: 40
    the value is: 50

数组中的 5 个元素全部都如期被打印出来。尽管 `index` 在某一时刻会到达值 `5`，不过循环在其尝试从数组获取第 6 个值（会越界）之前就停止了。

但是这个过程很容易出错；如果索引值或测试条件不正确会导致程序 panic。例如，如果将 `a` 数组的定义更改为包含 4 个元素，但忘记将条件更新为`while index < 4`，则代码会出现 panic。这也使程序更慢，因为编译器增加了运行时代码来对每次循环进行条件检查，以确定在循环的每次迭代中索引是否在数组的边界内。

作为更简洁的替代方案，可以使用 `for` 循环来对一个集合的每个元素执行一些代码。`for` 循环看起来如示例 3-5 所示：

文件名: src/main.rs

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

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

示例 3-5：使用 `for` 循环遍历集合中的元素

当运行这段代码时，将看到与示例 3-4 一样的输出。更为重要的是，我们增强了代码安全性，并消除了可能由于超出数组的结尾或遍历长度不够而缺少一些元素而导致的 bug。

使用 `for` 循环的话，就不需要惦记着在改变数组元素个数时修改其他的代码了，就像使用示例 3-4 中使用的方法一样。

`for` 循环的安全性和简洁性使得它成为 Rust 中使用最多的循环结构。即使是在想要循环执行代码特定次数时，例如示例 3-3 中使用 `while` 循环的倒计时例子，大部分 Rustacean 也会使用 `for` 循环。这么做的方式是使用 `Range`，它是标准库提供的类型，用来生成从一个数字开始到另一个数字之前结束的所有数字的序列。

下面是一个使用 `for` 循环来倒计时的例子，它还使用了一个我们还未讲到的方法，`rev`，用来反转区间（range）:

文件名: src/main.rs

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

这段代码更好一些，不是吗？

## 总结

你做到了！这是一个大章节：你学习了变量、标量和复合数据类型、函数、注释、`if` 表达式和循环！要练习本章讨论的概念，请尝试编写程序来实现以下操作：

- 在华氏温度和摄氏度之间转换温度。
- 生成 n 阶斐波那契数列。
- 打印圣诞颂歌 “The Twelve Days of Christmas” 的歌词，利用歌曲中的重复部分（编写循环）。

当你准备好继续前进时，我们将讨论一个其他语言中并不常见的概念：所有权（ownership）。