深入了解Rust中trait的使用

更新時(shí)間：2022年11月16日 15:13:04 作者：古明地覺

先前我們提到過?trait，那么Rust中的trait?是啥呢？本文將通過一些示例為大家詳細(xì)講講Rust中trait的使用，感興趣的小伙伴可以了解一下

楔子

前面我們提到過 trait，那么 trait 是啥呢？先來(lái)看個(gè)例子：

#[derive(Debug)]
struct?Point<T>?{
????x:?T,
}

impl<T>?Point<T>?{
????fn?m(&self)?{
????????let?var?=?self.x;
????}
}

fn?main()?{
????let?p?=?Point?{?x:?123?};
}

你覺得這段代碼有問題嗎？如果上一篇文章你還有印象的話，那么會(huì)很快發(fā)現(xiàn)是有問題的。因?yàn)榉椒?m 的第一個(gè)參數(shù)是引用，這就意味著方法調(diào)用完畢之后，結(jié)構(gòu)體實(shí)例依舊保持有效，也意味著實(shí)例的所有成員值都保持有效。

但在方法 m 里面，我們將成員 x 的值賦給了變量 var。如果成員 x 的類型不是可 Copy 的，也就是數(shù)據(jù)不全在棧上，還涉及到堆，那么就會(huì)轉(zhuǎn)移所有權(quán)，因?yàn)?Rust 默認(rèn)不會(huì)拷貝堆數(shù)據(jù)。所以調(diào)用完方法 m 之后，成員 x 的值不再有效，進(jìn)而使得結(jié)構(gòu)體不再有效。

所以 Rust 為了避免這一點(diǎn)，在賦值的時(shí)候強(qiáng)制要求 self.x 的類型必須是可 Copy 的，但泛型 T 可以代表任意類型，它不滿足這一特性?；蛘哒f(shuō) T 最終代表的類型是不是可 Copy 的，Rust 是不知道的，所以 Rust 干脆認(rèn)為它不是可 Copy 的。

那么問題來(lái)了，雖然 T 可以代表任意類型，但如果我們賦的值決定了 T 代表的類型一定是可 Copy 的，那么可不可以告訴 Rust，讓編譯器按照可 Copy 的類型來(lái)處理呢？答案是可以的，而實(shí)現(xiàn)這一功能的機(jī)制就叫做 trait。

什么是 trait

trait 類似于 Go 里面的接口，相當(dāng)于告訴編譯器，某種類型具有哪些可以與其它類型共享的功能。

#[derive(Debug)]
struct?Girl?{
????name:?String,
????age:?i32
}

//?trait?類似?Go?里面的接口
//?然后里面可以定義一系列的方法
//?這里我們創(chuàng)建了一個(gè)名為?Summary?的?trait
//?并在內(nèi)部定義了一個(gè)?summary?方法
trait?Summary?{
????//?trait?里面的方法只需要寫聲明即可
????fn?summary(&self)?->?String;
}

//?Go?里面只要實(shí)現(xiàn)了接口里面的方法，便實(shí)現(xiàn)了該接口
//?但是在?Rust?里面必須顯式地指明實(shí)現(xiàn)了哪一個(gè)?trait
//?impl?Summary?for?Girl?表示為類型?Girl?實(shí)現(xiàn)?Summary?這個(gè)?trait
impl?Summary?for?Girl?{
????fn?summary(&self)?->?String?{
????????//?format!?宏用于拼接字符串，它的語(yǔ)法和?println!?一樣
????????//?并且這兩個(gè)宏都不會(huì)獲取參數(shù)的所有權(quán)
????????//?比如這里的?self.name，format!?拿到的只是引用
????????format!("name:?{},?age:?{}",?self.name,?self.age)
????}
}
fn?main()?{
????let?g?=?Girl{name:?String::from("satori"),?age:?16};
????println!("{}",?g.summary());??//?name:?satori,?age:?16
}

所以 trait 里面的方法只需要寫上聲明即可，實(shí)現(xiàn)交給具體的結(jié)構(gòu)體來(lái)做。當(dāng)然啦，trait 里面的方法也是可以有默認(rèn)實(shí)現(xiàn)的。

#[derive(Debug)]
struct?Girl?{
????name:?String,
????age:?i32
}

trait?Summary?{
????//?我們給方法指定了具體實(shí)現(xiàn)
????fn?summary(&self)?->?String?{
????????String::from("hello")
????}
}

impl?Summary?for?Girl?{
????//?如果要為類型實(shí)現(xiàn)?trait，那么要實(shí)現(xiàn)?trait?里面所有的方法
????//?這一點(diǎn)和?Go?的接口是相似的，但?Go?里面實(shí)現(xiàn)接口是隱式的
????//?只要你實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口所有的方法，那么默認(rèn)就實(shí)現(xiàn)了該接口
????//?但在?Rust?里面，必須要顯式地指定實(shí)現(xiàn)了哪個(gè)?trait
????//?同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)該?trait?里的所有方法

????//?但?Rust?的?trait?有一點(diǎn)特殊，Go?接口里面的方法只能是定義
????//?而?trait?里面除了定義之外，也可以有具體的實(shí)現(xiàn)
????//?如果?trait?內(nèi)部已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，那么這里就可以不用實(shí)現(xiàn)
????//?不實(shí)現(xiàn)的話則用?trait?的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了則調(diào)用我們實(shí)現(xiàn)的

????//?因此這里不需要定義任何的方法，它依舊實(shí)現(xiàn)了?Summary?這個(gè)?trait
????//?只是我們?nèi)匀灰ㄟ^?impl?Summary?for?Girl?顯式地告訴?Rust
????//?如果只寫?impl?Girl，那么?Rust?則不認(rèn)為我們實(shí)現(xiàn)了該?trait
}
fn?main()?{
????let?g?=?Girl{name:?String::from("satori"),?age:?16};
????//?雖然沒有?summary?方法，但因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了?Summary?這個(gè)?trait
????//?而?trait?內(nèi)部有?summary?的具體實(shí)現(xiàn)，所以不會(huì)報(bào)錯(cuò)
????//?但如果?trait?里面的方法只有聲明沒有實(shí)現(xiàn)，那么就必須要我們手動(dòng)實(shí)現(xiàn)了
????println!("{}",?g.summary());??//?hello
}

總結(jié)一下就是 trait 里面可以有很多的方法，這個(gè)方法可以只有聲明，也可以同時(shí)包含實(shí)現(xiàn)。如果要為類型實(shí)現(xiàn)某個(gè) trait，那么要通過 impl xxx for 進(jìn)行指定，并且實(shí)現(xiàn)該 trait 內(nèi)部定義的所有方法。但如果 trait 的某個(gè)方法已經(jīng)包含了具體實(shí)現(xiàn)，那么我們也可以不實(shí)現(xiàn)，會(huì)使用 trait 的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。

trait 作為參數(shù)

到目前為止，我們并沒有看到 trait 的實(shí)際用途，但相信你也能猜出來(lái)它是做什么的。假設(shè)有一個(gè)函數(shù)，只要是實(shí)現(xiàn)了 info 方法的結(jié)構(gòu)體實(shí)例，都可以作為參數(shù)傳遞進(jìn)去，這時(shí)候應(yīng)該怎么做呢？

struct?Girl?{
????name:?String,
????age:?i32,
}

struct?Boy?{
????name:?String,
????age:?i32,
????salary:?u32,
}

trait?People?{
????fn?info(&self)?->?String;
}

//?為?Girl?和?Boy?實(shí)現(xiàn)?People 這個(gè) trait
impl?People?for?Girl?{
????fn?info(&self)?->?String?{
????????format!("{}?{}",?&self.name,?self.age)
????}
}
impl?People?for?Boy?{
????fn?info(&self)?->?String?{
????????format!("{}?{}?{}",?&self.name,?self.age,?self.salary)
????}
}

//?定義一個(gè)函數(shù)，注意參數(shù)?p?的類型
//?如果是?p:?xxx，則表示參數(shù)?p?的類型為?xxx
//?如果是?p:?impl?xxx，則表示參數(shù)?p?的類型任意，只要實(shí)現(xiàn)了xxx這個(gè)trait即可
fn?get_info(p:?impl?People)?->?String?{
????p.info()
}

fn?main()?{
????let?g?=?Girl?{
????????name:?String::from("satori"),
????????age:?16,
????};
????let?b?=?Boy?{
????????name:?String::from("可憐的我"),
????????age:?26,
????????salary:?3000,
????};
????//?只要實(shí)現(xiàn)了?People?這個(gè)?trait
????//?那么實(shí)例都可以作為參數(shù)傳遞給?get_info
????println!("{}",?get_info(g));?//?satori?16
????println!("{}",?get_info(b));?//?可憐的我?26?3000
}

然后以 trait 作為參數(shù)的時(shí)候，還有另外一種寫法：

//?如果是?<T>?的話，那么?T?表示泛型，可以代表任意類型
//?但這里是?<T:?People>，那么就不能表示任意類型了
//?它表示的應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)了?People?這個(gè)?trait?的任意類型
fn?get_info<T:?People>(p:?T)?->?String?{
????p.info()
}

以上兩種寫法是等價(jià)的，但是第二種寫法在參數(shù)比較多的時(shí)候，可以簡(jiǎn)化長(zhǎng)度。

fn?get_info<T:?People>(p1:?T,?p2:?T)?->?String?{

}
//?否則話要這么寫
fn?get_info(p1:?impl?People,?p2:?impl?People)?->?String?{

}

當(dāng)然啦，一個(gè)類型并不僅僅可以實(shí)現(xiàn)一個(gè) trait，而是可以實(shí)現(xiàn)任意多個(gè) trait。

struct?Girl?{
????name:?String,
????age:?i32,
????gender:?String
}

trait?People?{
????fn?info(&self)?->?String;
}

trait?Female?{
????fn?info(&self)?->?String;
}

//?不同的?trait?內(nèi)部可以有相同的方法
impl?People?for?Girl?{
????fn?info(&self)?->?String?{
????????format!("{}?{}",?&self.name,?self.age)
????}
}

impl?Female?for?Girl?{
????fn?info(&self)?->?String?{
????????format!("{}?{}?{}",?&self.name,?self.age,?self.gender)
????}
}

//?這里在?impl?People?前面加上了一個(gè)?&
//?表示調(diào)用的時(shí)候傳遞的是引用
fn?get_info1(p:?&impl?People)?{
????println!("{}",?p.info())
}

fn?get_info2<T:?Female>(f:?&T)?{
????println!("{}",?f.info())
}

fn?main()?{
????let?g?=?Girl?{
????????name:?String::from("satori"),
????????age:?16,
????????gender:?String::from("female")
????};
????get_info1(&g);??//?satori?16
????get_info2(&g);??//?satori?16?female
}

不同 trait 內(nèi)部的方法可以相同也可以不同，而 Girl 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 People 和 Female 兩個(gè) trait，所以它可以傳遞給 get_info1，也可以傳遞給 get_info2。然后為 trait 實(shí)現(xiàn)了哪個(gè)方法，就調(diào)用哪個(gè)方法，所以兩者的打印結(jié)果不一樣。

那么問題來(lái)了，如果我在定義函數(shù)的時(shí)候，要求某個(gè)參數(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)以上兩個(gè) trait，該怎么做呢？

//?我們只需要使用?+?即可
//?表示參數(shù)?p?的類型必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)?People?和?Female?兩個(gè)?trait
fn?get_info1(p:?impl?People?+?Female)?{
????//?但由于?Poeple?和?Female?里面都有?info?方法
????//?此時(shí)就不能使用?p.info()?了，這樣?Rust?不知道該使用哪一個(gè)
????//?應(yīng)該采用下面這種做法，此時(shí)需要手動(dòng)將引用傳過去
????People::info(&p);
????Female::info(&p);
}

//?如果想接收引用的話，那么需要這么聲明
//?因?yàn)閮?yōu)先級(jí)的原因，需要將?impl?People?+?Female?整體括起來(lái)
fn?get_info2(p:?&(impl?People?+?Female))?{}

//?或者使用類型泛型的寫法
fn?get_info3<T:?People?+?Female>(p:?T)?{}

最后還有一個(gè)更加優(yōu)雅的寫法：

//?顯然這種聲明方式要更加優(yōu)雅，如果沒有?where?的話
//?那么這個(gè)?T?就是可以代表任意類型的泛型
//?但這里出現(xiàn)了?where
//?因此?T?就表示實(shí)現(xiàn)了?People?和?Female?兩個(gè)?trait?的任意類型?
fn?get_info<T>(p:?T)
where
????T:?People?+?Female
{
}

如果要聲明多個(gè)實(shí)現(xiàn) trait 的類型，那么使用逗號(hào)分隔。

fn?get_info<T,?W>(p1:?T,?p2:?W)
where
????T:?People?+?Female,
????W:?People?+?Female
{
}

可以看出，Rust 的語(yǔ)法表達(dá)能力還是挺豐富的。

trait 作為返回值

trait 也是可以作為返回值的。

struct?Girl?{
????name:?String,
????age:?i32,
????gender:?String,
}

trait?People?{
????fn?info(&self)?->?String;
}

impl?People?for?Girl?{
????fn?info(&self)?->?String?{
????????format!("{}?{}",?&self.name,?self.age)
????}
}

fn?init()?->?impl?People?{
????Girl?{
????????name:?String::from("satori"),
????????age:?16,
????????gender:?String::from("female"),
????}
}

fn?main()?{
????let?g?=?init();
????println!("{}",?g.info());??//?satori?16
}

一個(gè) trait 可以有很多種類型實(shí)現(xiàn)，返回任意一個(gè)都是可以的。

實(shí)現(xiàn)一個(gè) max 函數(shù)

這里我們定義一個(gè)函數(shù) max，返回?cái)?shù)組里面的最大元素，這里先假定數(shù)組是 i32 類型。

//?arr?接收一個(gè)數(shù)組，我們將它聲明為?&[i32]
//?這個(gè)聲明比較特殊，我們舉幾個(gè)例子解釋一下
//?arr:?[i32;5]，表示接收類型為?i32?長(zhǎng)度為?5?的靜態(tài)數(shù)組
//?arr:?Vec<f64>，表示接收類型為?f64?的動(dòng)態(tài)數(shù)組，長(zhǎng)度不限
/*?arr:?&[i32]，表示接收?i32?類型數(shù)組的引用
???并且數(shù)組可以是動(dòng)態(tài)數(shù)組，也可以是靜態(tài)數(shù)組，長(zhǎng)度不限
???對(duì)于當(dāng)前求最大值來(lái)說(shuō)，我們不應(yīng)該關(guān)注數(shù)組是靜態(tài)的還是動(dòng)態(tài)的
???所以應(yīng)該聲明為?&[i32]，表示都支持
*/
fn?max(arr:?&[i32])?->?i32{
????if?arr.len()?==?0?{
????????panic!("數(shù)組為空")
????}
????//?獲取數(shù)組的第一個(gè)元素，然后和后續(xù)元素依次比較
????let?mut?largest?=?arr[0];
????for?&item?in?arr?{
????????if?largest?<?item?{
????????????largest?=?item
????????}
????}
????largest
}

fn?main()?{
????let?largest?=?max(&vec![1,?23,?13,?4,?15]);
????println!("{}",?largest);??//?23
}

還是很簡(jiǎn)單的，但問題來(lái)了，如果我希望它除了支持整型數(shù)組外，還支持浮點(diǎn)型該怎么辦呢？難道再定義一個(gè)函數(shù)嗎？顯然這是不現(xiàn)實(shí)的，于是我們可以考慮泛型。

fn?max<T>(arr:?&[T])?->?T?{
????if?arr.len()?==?0?{
????????panic!("數(shù)組為空")
????}
????let?mut?largest?=?arr[0];
????for?&item?in?arr?{
????????if?largest?<?item?{
????????????largest?=?item
????????}
????}
????largest
}

使用泛型的話，代碼就是上面這個(gè)樣子，你覺得代碼有問題嗎？

不用想，問題大了去了。首先函數(shù)接收的是數(shù)組的引用，那么函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，數(shù)組依舊保持有效，那么數(shù)組里面的元素顯然也是有效的。但在給 largest 賦值的時(shí)候，等號(hào)右邊是 arr[0]。如果數(shù)組里面的元素不是可 Copy 的，那么就會(huì)失去所有權(quán)，因?yàn)?Rust 不會(huì)拷貝堆數(shù)據(jù)，那這樣的話數(shù)組之后就不能用了。所以這種情況 Rust 要求元素是可 Copy 的，但實(shí)際情況是不是呢？Rust 是不知道的，所以會(huì)報(bào)錯(cuò)，認(rèn)為不是可 Copy 的，這是第一個(gè)錯(cuò)誤。

然后是 for &item in arr，這段代碼的錯(cuò)誤和上面相同，在遍歷的時(shí)候會(huì)依次將元素拷貝一份賦值給 item。但要求拷貝之后彼此互不影響，這就意味著數(shù)據(jù)必須全部在棧上。但 T 代表啥類型，該類型的數(shù)據(jù)是否全部在棧上 Rust 是不知道的，于是報(bào)錯(cuò)。

第三個(gè)錯(cuò)誤就是 largest < item，因?yàn)檫@涉及到了比較，但 T 類型的數(shù)據(jù)能否比較呢？Rust 也是不知道的，所以報(bào)錯(cuò)。

因此基于以上原因，如果想讓上述代碼成立，那么必須對(duì) T 進(jìn)行一個(gè)限制。

fn?max<T>(arr:?&[T])?->?T
where
????//?相當(dāng)于告訴?Rust
????//?這個(gè)?T?是可比較的、可?Copy?的
????//?或者說(shuō)?T?實(shí)現(xiàn)了?PartialOrd?和?Copy?這兩個(gè)?trait
????T:?PartialOrd?+?Copy,
{
????if?arr.len()?==?0?{
????????panic!("數(shù)組為空")
????}
????let?mut?largest?=?arr[0];
????for?&item?in?arr?{
????????if?largest?<?item?{
????????????largest?=?item
????????}
????}
????largest
}

fn?main()?{
????let?largest?=?max(&vec![1,?23,?13,?4,?15]);
????println!("{}",?largest);?//?23
????let?largest?=?max(&vec![1.1,?23.1,?13.1,?4.1,?15.1]);
????println!("{}",?largest);?//?23.1
}

以上我們就實(shí)現(xiàn)了數(shù)組求最大值的邏輯，通過對(duì) T 進(jìn)行限制，告訴 Rust 泛型 T 代表的類型實(shí)現(xiàn)了 PartialOrd 和 Copy 這兩個(gè) trait。然后當(dāng)我們調(diào)用的時(shí)候，Rust 就會(huì)檢測(cè)類型是否合法：

顯然當(dāng)元素類型為 String 的時(shí)候就會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)?Rust 檢測(cè)到該類型沒有實(shí)現(xiàn) Copy 這個(gè) trait。

那如果我希望，max 函數(shù)也支持 String 類型的數(shù)組呢？

fn?max<T>(arr:?&[T])?->?&T
where
????//?T?可以不實(shí)現(xiàn)?Copy?trait
????//?但必須實(shí)現(xiàn)?PartialOrd
????T:?PartialOrd,
{
????if?arr.len()?==?0?{
????????panic!("數(shù)組為空")
????}
????//?這里必須要拿到引用，可能有人覺得調(diào)用?clone?可不可以
????//?答案是不可以，因?yàn)檫@個(gè)函數(shù)不僅支持?String
????//?還要支持整型、浮點(diǎn)型，所以只能獲取引用
????let?mut?largest?=?&arr[0];
????//?因?yàn)?arr?是個(gè)引用，所以遍歷出來(lái)的?item?也是元素的引用
????for?item?in?arr?{
????????//?雖然這里表面上比較的是引用，但其實(shí)比較的是值
????????//?比如?let?(a,?b)?=?(11,?22)
????????//?那么?a?<?b?和?&a?<?&b?的結(jié)果是一樣的
????????if?largest?<?item?{
????????????largest?=?item
????????}
????}
????largest
}

fn?main()?{
????let?arr?=?&vec![String::from("A"),?String::from("Z")];
????println!("{}",?max(arr));?//?Z

????let?arr?=?&vec![1,?22,?11,?34,?19];
????println!("{}",?max(arr));?//?34

????let?arr?=?&vec![1.1,?22.1,?11.2,?34.3,?19.8];
????println!("{}",?max(arr));?//?34.3
}

此時(shí)我們就實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)類型的比較，還是需要好好理解一下的。

到此這篇關(guān)于深入了解Rust中trait的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Rust trait內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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