Rust无标准库环境下如何实现char类型与&str类型的拼接

以下两种方案分别适配有无堆分配的内核/嵌入式场景： #

方案1：固定栈缓冲区实现（无需堆分配，推荐嵌入式shell使用） #

该方案不需要额外依赖，也不需要你实现内核堆分配器，仅通过栈上数组即可完成拼接，性能最高且无内存碎片风险：

/// 拼接char和&str，将结果写入传入的缓冲区，返回拼接后的&str
/// 参数buf：栈上分配的u8数组，长度需要大于等于 4（char最大UTF-8长度） + 待拼接&str的长度
fn concat_char_and_str<'a>(ch: char, s: &str, buf: &'a mut [u8]) -> Result<&'a str, ()> {
    // 将char编码为UTF-8字节
    let ch_bytes = ch.encode_utf8(&mut [0u8; 4]).as_bytes();
    let total_len = ch_bytes.len() + s.len();

    // 缓冲区长度不足返回错误
    if buf.len() < total_len {
        return Err(());
    }

    // 先后拷贝两个内容到缓冲区
    buf[..ch_bytes.len()].copy_from_slice(ch_bytes);
    buf[ch_bytes.len()..total_len].copy_from_slice(s.as_bytes());

    // 安全：两段内容都是合法UTF-8，拼接后也合法
    Ok(unsafe { core::str::from_utf8_unchecked(&buf[..total_len]) })
}

// 使用示例
fn test_concat() {
    let mut buf = [0u8; 128]; // 可根据shell最大输入长度调整缓冲区大小
    let result = concat_char_and_str('你', "好世界", &mut buf).unwrap();
    assert_eq!(result, "你好世界");
}

如果可以引入第三方no_std兼容依赖，也可以用arrayvec的ArrayString简化代码，不用手动处理缓冲区拷贝：

use arrayvec::ArrayString;
use core::fmt::Write;

fn concat_char_and_str(ch: char, s: &str) -> ArrayString<128> {
    let mut buf = ArrayString::<128>::new();
    buf.write_char(ch).unwrap();
    buf.write_str(s).unwrap();
    buf
}

方案2：基于堆分配实现（已开启alloc库的场景适用） #

如果你已经完成了Philipp Opperman教程中的内核堆分配器实现，并且开启了alloc crate，可以直接使用alloc库的String完成拼接：

extern crate alloc;
use alloc::string::String;

fn concat_char_and_str(ch: char, s: &str) -> String {
    let mut res = String::with_capacity(ch.len_utf8() + s.len());
    res.push(ch);
    res.push_str(s);
    res
}

注意事项 #

• 不要默认char占1字节，Rust的char是Unicode标量值，UTF-8编码长度为1~4字节，必须调用encode_utf8或者len_utf8方法处理编码，避免非ASCII字符拼接乱码。
• 嵌入式shell场景下优先选择栈缓冲区方案，只需将缓冲区大小设置为你期望支持的shell命令最大长度即可，完全满足常规使用需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Lap