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Rust指南之泛型與特性詳解_Rust語言

作者：微涼秋意 ? 更新時(shí)間： 2022-11-20 編程語言

前言

在上篇Rust 文章中涉及到了泛型的知識，那么今天就來詳細(xì)介紹一下Rust 中的泛型與特性。泛型是一個(gè)編程語言不可或缺的機(jī)制，例如在C++ 語言中用模板來實(shí)現(xiàn)泛型。泛型機(jī)制是編程語言用于表達(dá)類型抽象的機(jī)制，一般用于功能確定、數(shù)據(jù)類型待定的類，如鏈表、映射表等。

1、泛型

泛型是具體類型或其他屬性的抽象代替：

  • 所編寫的泛型代碼并非最終程序運(yùn)行的代碼，而是一種模板，含有一些"占位符"
  • 編譯器在編譯的時(shí)候?qū)?占位符" 替換為具體的數(shù)據(jù)類型

優(yōu)點(diǎn)：

提高代碼復(fù)用能力

  • 減少代碼重復(fù)

1.1、在函數(shù)中定義泛型

例如，定義一個(gè)對整型數(shù)字選擇排序的函數(shù)：

fn max(array: &[i32]) -> i32 {
    let mut max_index = 0;
    let mut i = 1;
    while i < array.len() {
        if array[i] > array[max_index] {
            max_index = i;
        }
        i += 1;
    }
    array[max_index]
}

fn main() {
    let a = [3, 4, 6, 8, 1];
    println!("max = {}", max(&a));
}
//運(yùn)行結(jié)果：max = 8

這是一個(gè)簡單的取最大值程序，可以用于處理 i32 數(shù)字類型的數(shù)據(jù)，但無法用于 f64 類型的數(shù)據(jù)。

通過使用泛型我們可以使這個(gè)函數(shù)可以利用到各個(gè)類型中去：

fn max<T>(array: &[T]) -> T {
    let mut max_index = 0;
    let mut i = 1;
    while i < array.len() {
        if array[i] > array[max_index] {
            max_index = i;
        }
        i += 1;
    }
    array[max_index]
}

實(shí)際上，并不是所有的數(shù)據(jù)類型都可以比大小。當(dāng)T被自定義的結(jié)構(gòu)體或者枚舉等類型替代時(shí)，這段代碼肯定就會報(bào)錯(cuò)。所以這段代碼并不是用來運(yùn)行的，而是用來描述一下函數(shù)泛型的語法格式。

1.2、結(jié)構(gòu)體中的泛型

結(jié)構(gòu)體泛型舉例：點(diǎn)坐標(biāo)結(jié)構(gòu)體，T 表示描述點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)據(jù)類型：

struct Point<T> {
    x: T,
    y: T
}

fn main() {
    let p1 = Point {x: 1, y: 2};
	let p2 = Point {x: 1.0, y: 2.0};
}

使用時(shí)并沒有聲明類型，這里使用的是自動類型機(jī)制，但不允許出現(xiàn)類型不匹配的情況如下：

let p = Point {x: 1, y: 2.0};

x 與 1 綁定時(shí)就已經(jīng)將 T 設(shè)定為 i32，所以不允許再出現(xiàn) f64 的類型。如果我們想讓 x 與 y 用不同的數(shù)據(jù)類型表示，可以使用兩個(gè)泛型標(biāo)識符：

struct Point<T1, T2> {
    x: T1,
    y: T2
}

1.3、枚舉類中的泛型

在枚舉類中表示泛型的方法諸如 Option 和 Result：

enum Option<T> {
    Some(T),
    None,
}

enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}

枚舉類的具體使用可參考本專欄的文章，有較為詳細(xì)的講解。

1.4、方法中的泛型

結(jié)構(gòu)體與枚舉類都可以定義方法，那么方法也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)泛型的機(jī)制，否則泛型的類將無法被有效的方法操作。

struct Point<T> {
    x: T,
    y: T
}

impl<T> Point<T> {
    fn x(&self) -> &T {
        &self.x
    }
}

fn main() {
    let p = Point { x: 2, y: 4 };
    println!("p.x = {}", p.x());
}
//運(yùn)行結(jié)果：p.x = 1

注意，impl 關(guān)鍵字的后方必須有 <T>，因?yàn)樗竺娴?T 是以之為榜樣的。

我們也可以為其中的一種泛型添加方法：

impl Point<i64> {
    fn x(&self) -> i64 {
        self.x
    }
}

impl 塊本身的泛型并沒有阻礙其內(nèi)部方法具有泛型的能力

例如：

impl<T, U> Point<T, U> {
    fn mixup<V, W>(self, other: Point<V, W>) -> Point<T, W> {
        Point {
            x: self.x,
            y: other.y,
        }
    }
}

方法 mixup 將一個(gè) Point<T, U> 點(diǎn)的 x 與 Point<V, W> 點(diǎn)的 y 融合成一個(gè)類型為 Point<T, W> 的新點(diǎn)。

2、特性

特性（trait）概念接近于 Java 中的接口（Interface），但兩者不完全相同。特性與接口相同的地方在于它們都是一種行為規(guī)范，可以用于標(biāo)識哪些類有哪些方法。

特性在 Rust 中用 trait 表示：

trait Descript {
    fn describe(&self) -> String;
}

Descript 規(guī)定了實(shí)現(xiàn)者必需有 describe(&self) -> String 方法。

例如：

struct Person {
    name: String,
    age: u16
}

impl Descript for Person {
    fn describe(&self) -> String {
        format!("{} {}", self.name, self.age)
    }
}

格式：

  • impl <特性名> for <所實(shí)現(xiàn)的類型名>

Rust 同一個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)特性，每個(gè) impl 塊只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)

2.1、默認(rèn)特性

這是特性與接口的不同點(diǎn)：

  • 接口只能規(guī)范方法而不能定義方法
  • 特性可以定義方法作為默認(rèn)方法
    • 因?yàn)槭?默認(rèn)"，所以對象對于是否重新定義方法是自由的

舉個(gè)例子：

trait Descript {
    fn describe(&self) -> String {
        String::from("[Object]")
    }
}

struct Person {
    name: String,
    age: u8
}

impl Descript for Person {
    fn describe(&self) -> String {
        format!("{} {}", self.name, self.age)
    }
}

fn main() {
    let zhangsan = Person {
        name: String::from("kuangtu"),
        age: 28
    };
    println!("{}", zhangsan.describe());
}
//運(yùn)行結(jié)果：kuangtu 28

如果將 impl Descript for Person 塊中的內(nèi)容去掉，那么運(yùn)行結(jié)果就是 [Object]

2.2、特性做參數(shù)

很多情況下我們需要傳遞一個(gè)函數(shù)做參數(shù)，例如回調(diào)函數(shù)、設(shè)置按鈕事件等。在 Java 中函數(shù)必須以接口實(shí)現(xiàn)的類實(shí)例來傳遞，在 Rust 中可以通過傳遞特性參數(shù)來實(shí)現(xiàn)：

fn output(object: impl Descript) {
    println!("{}", object.describe());
}

任何實(shí)現(xiàn)了 Descript 特性的對象都可以作為這個(gè)函數(shù)的參數(shù)，這個(gè)函數(shù)沒必要知道傳入對象有沒有其他屬性或方法，只需要了解它一定有 Descript 特性規(guī)范的方法就可以了。當(dāng)然，此函數(shù)內(nèi)也無法使用其他的屬性與方法。

特性參數(shù)還可以用這種等效語法實(shí)現(xiàn)：

fn output<T: Descriptive>(object: T) {
    println!("{}", object.describe());
}

這是一種風(fēng)格類似泛型的語法糖，這種語法糖在有多個(gè)參數(shù)類型均是特性的情況下十分實(shí)用：

fn output_two<T: Descriptive>(arg1: T, arg2: T) {
    println!("{}", arg1.describe());
    println!("{}", arg2.describe());
}

特性作類型表示時(shí)如果涉及多個(gè)特性，可以用 + 符號表示，例如：

fn notify(item: impl Summary + Display)
fn notify<T: Summary + Display>(item: T)

注意：僅用于表示類型的時(shí)候，并不可以在 impl 塊中使用。

復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)關(guān)系可以使用 where 關(guān)鍵字簡化，例如：

fn some_function<T: Display + Clone, U: Clone + Debug>(t: T, u: U)

可以簡化為：

fn some_function<T, U>(t: T, u: U) -> i32
    where T: Display + Clone,
          U: Clone + Debug

泛型通過與特性的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)上面任意類型值比較的案例：

trait Comparable {
    fn compare(&self, object: &Self) -> i8;
}

fn max<T: Comparable>(array: &[T]) -> &T {
    let mut max_index = 0;
    let mut i = 1;
    while i < array.len() {
        if array[i].compare(&array[max_index]) > 0 {
            max_index = i;
        }
        i += 1;
    }
    &array[max_index]
}

impl Comparable for f64 {
    fn compare(&self, object: &f64) -> i8 {
        if &self > &object { 1 }
        else if &self == &object { 0 }
        else { -1 }
    }
}

fn main() {
    let arr = [1.0, 3.0, 7.0, 4.0, 2.0];
    println!("maximum of arr is {}", max(&arr));
}
//運(yùn)行結(jié)果：maximum of arr is 7

Tip: 由于需要聲明 compare 函數(shù)的第二參數(shù)必須與實(shí)現(xiàn)該特性的類型相同，所以 Self （注意大小寫）關(guān)鍵字就代表了當(dāng)前類型（不是實(shí)例）本身。

2.3、特性做返回值

格式如下：

fn person() -> impl Descript {
    Person {
        name: String::from("Cali"),
        age: 24
    }
}

注意：特性做返回值只接受實(shí)現(xiàn)了該特性的對象做返回值且在同一個(gè)函數(shù)中所有可能的返回值類型必須完全一樣。

比如結(jié)構(gòu)體 A 與結(jié)構(gòu)體 B 都實(shí)現(xiàn)了特性 Trait，下面這個(gè)函數(shù)就是錯(cuò)誤的：

fn some_function(bool bl) -> impl Descriptive {
    if bl {
        return A {};
    } else {
        return B {};
    }
}

原文鏈接：https://blog.csdn.net/m0_58618795/article/details/127190345

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