特性
特性与接口
为了描述类型可以实现的抽象接口 (abstract interface), Rust引入了特性 (trait) 来定义函数类型签名 (function type signature):
trait HasArea {
fn area(&self) -> f64;
}
struct Circle {
x: f64,
y: f64,
radius: f64,
}
impl HasArea for Circle {
fn area(&self) -> f64 {
std::f64::consts::PI * (self.radius * self.radius)
}
}
struct Square {
x: f64,
y: f64,
side: f64,
}
impl HasArea for Square {
fn area(&self) -> f64 {
self.side * self.side
}
}
fn print_area<T: HasArea>(shape: T) {
println!("This shape has an area of {}", shape.area());
}
其中函数print_area()
中的泛型参数T
被添加了一个名为HasArea
的特性约束 (trait constraint),
用以确保任何实现了HasArea
的类型将拥有一个.area()
方法。
如果需要多个特性限定 (multiple trait bounds),可以使用+
:
use std::fmt::Debug;
fn foo<T: Clone, K: Clone + Debug>(x: T, y: K) {
x.clone();
y.clone();
println!("{:?}", y);
}
fn bar<T, K>(x: T, y: K)
where T: Clone,
K: Clone + Debug
{
x.clone();
y.clone();
println!("{:?}", y);
}
其中第二个例子使用了更灵活的where
从句,它还允许限定的左侧可以是任意类型,
而不仅仅是类型参数。
定义在特性中的方法称为默认方法 (default method),可以被该特性的实现覆盖。 此外,特性之间也可以存在继承 (inheritance):
trait Foo {
fn foo(&self);
// default method
fn bar(&self) { println!("We called bar."); }
}
// inheritance
trait FooBar : Foo {
fn foobar(&self);
}
struct Baz;
impl Foo for Baz {
fn foo(&self) { println!("foo"); }
}
impl FooBar for Baz {
fn foobar(&self) { println!("foobar"); }
}
如果两个不同特性的方法具有相同的名称,可以使用通用函数调用语法 (universal function call syntax):
// short-hand form
Trait::method(args);
// expanded form
<Type as Trait>::method(args);
关于实现特性的几条限制:
- 如果一个特性不在当前作用域内,它就不能被实现。
- 不管是特性还是
impl
,都只能在当前的包装箱内起作用。 - 带有特性约束的泛型函数使用单态化实现 (monomorphization), 所以它是静态派分的 (statically dispatched)。
下面列举几个非常有用的标准库特性:
Drop
提供了当一个值退出作用域后执行代码的功能,它只有一个drop(&mut self)
方法。Borrow
用于创建一个数据结构时把拥有和借用的值看作等同。AsRef
用于在泛型中把一个值转换为引用。Deref<Target=T>
用于把&U
类型的值自动转换为&T
类型。Iterator
用于在集合 (collection) 和惰性值生成器 (lazy value generator) 上实现迭代器。Sized
用于标记运行时长度固定的类型,而不定长的切片和特性必须放在指针后面使其运行时长度已知, 比如&[T]
和Box<Trait>
。
泛型和多态
泛型 (generics) 在类型理论中称作参数多态 (parametric polymorphism), 意为对于给定参数可以有多种形式的函数或类型。先看Rust中的一个泛型例子:
Option在rust标准库中的定义:
enum Option<T> {
Some(T),
None,
}
Option的典型用法:
let x: Option<i32> = Some(5);
let y: Option<f64> = Some(5.0f64);
其中<T>
部分表明它是一个泛型数据类型。当然,泛型参数也可以用于函数参数和结构体域:
// generic functions
fn make_pair<T, U>(a: T, b: U) -> (T, U) {
(a, b)
}
let couple = make_pair("man", "female");
// generic structs
struct Point<T> {
x: T,
y: T,
}
let int_origin = Point { x: 0, y: 0 };
let float_origin = Point { x: 0.0, y: 0.0 };
对于多态函数,存在两种派分 (dispatch) 机制:静态派分和动态派分。
前者类似于C++的模板,Rust会生成适用于指定类型的特殊函数,然后在被调用的位置进行替换,
好处是允许函数被内联调用,运行比较快,但是会导致代码膨胀 (code bloat);
后者类似于Java或Go的interface
,Rust通过引入特性对象 (trait object) 来实现,
在运行期查找虚表 (vtable) 来选择执行的方法。特性对象&Foo
具有和特性Foo
相同的名称,
通过转换 (casting) 或者强制多态化 (coercing) 一个指向具体类型的指针来创建。
当然,特性也可以接受泛型参数。但是,往往更好的处理方式是使用关联类型 (associated type):
// use generic parameters
trait Graph<N, E> {
fn has_edge(&self, &N, &N) -> bool;
fn edges(&self, &N) -> Vec<E>;
}
fn distance<N, E, G: Graph<N, E>>(graph: &G, start: &N, end: &N) -> u32 {
}
// use associated types
trait Graph {
type N;
type E;
fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
}
fn distance<G: Graph>(graph: &G, start: &G::N, end: &G::N) -> uint {
}
struct Node;
struct Edge;
struct SimpleGraph;
impl Graph for SimpleGraph {
type N = Node;
type E = Edge;
fn has_edge(&self, n1: &Node, n2: &Node) -> bool {
}
fn edges(&self, n: &Node) -> Vec<Edge> {
}
}
let graph = SimpleGraph;
let object = Box::new(graph) as Box<Graph<N=Node, E=Edge>>;