面试题：Rust复合数据类型嵌套的高级应用与性能优化

Question

在Rust中，你需要设计一个复杂的数据结构来表示一个游戏地图。地图由多个区域（`Region`）组成，每个区域有多个房间（`Room`），每个房间又有多个物品（`Item`）。`Region`、`Room`和`Item`都用结构体表示，`Item`结构体中有一些复杂的属性，如权重、稀有度等。要求设计数据结构时，既要考虑高效的查找（例如根据房间ID查找房间），又要考虑内存的紧凑布局以提升性能。请阐述你的设计思路，并给出关键部分的代码示例。

Answer 1

设计思路

1. Item结构体：定义包含权重、稀有度等复杂属性的Item结构体。
2. Room结构体：使用HashMap存储房间内的物品，以便根据物品ID高效查找物品。同时，添加房间ID字段，方便外部查找。
3. Region结构体：同样使用HashMap存储区域内的房间，便于根据房间ID快速定位房间。
4. 游戏地图结构体：使用HashMap存储所有区域，这样可以根据区域ID高效查找区域。

关键部分代码示例

use std::collections::HashMap;

// 定义Item结构体
struct Item {
    weight: f32,
    rarity: u8,
    // 其他复杂属性
}

// 定义Room结构体
struct Room {
    room_id: u32,
    items: HashMap<u32, Item>,
}

// 定义Region结构体
struct Region {
    region_id: u32,
    rooms: HashMap<u32, Room>,
}

// 定义游戏地图结构体
struct GameMap {
    regions: HashMap<u32, Region>,
}

// 示例：向地图中添加区域、房间和物品
impl GameMap {
    fn add_region(&mut self, region_id: u32) {
        self.regions.insert(region_id, Region {
            region_id,
            rooms: HashMap::new(),
        });
    }

    fn add_room(&mut self, region_id: u32, room_id: u32) {
        if let Some(region) = self.regions.get_mut(&region_id) {
            region.rooms.insert(room_id, Room {
                room_id,
                items: HashMap::new(),
            });
        }
    }

    fn add_item(&mut self, region_id: u32, room_id: u32, item_id: u32, item: Item) {
        if let Some(region) = self.regions.get_mut(&region_id) {
            if let Some(room) = region.rooms.get_mut(&room_id) {
                room.items.insert(item_id, item);
            }
        }
    }
}

通过上述设计，在查找房间或物品时，可以通过HashMap提供的O(1)平均时间复杂度的查找操作来高效获取数据。同时，HashMap在内存布局上相对紧凑，有助于提升性能。