前言

面向對象的編程語言通常實現了數據的封裝與繼承并能基于數據調用方法。“設計模式四個小幫手”在《設計模式》中給出面向對象的定義：面向對象的程序由對象組成，對象包裝了數據和操作這些數據的過程，這些過程通常被稱作方法或操作。Rust 并不是面向對象的語言，但是面向對象的功能都可以通過自身的特點來實現。

1、實現封裝（pub）

調用對象外部的代碼無法直接訪問對象內部的實現細節，唯一可以與對象進行交互的方法就是通過它公開的 API，在Rust 中使用 pub關鍵字來供外部訪問。

封裝的示例：

pub struct AveragedCollection{
    list:Vec<i32>,
    average:f64
}

impl AveragedCollection{
    pub fn add(&mut self,value:i32){
        self.list.push(value);
        self.update_average();
    }

    pub fn remove(&mut self)->Option<i32>{
        let result=self.list.pop();
        match result {
            Some(value)=>{
                self.update_average();
                Some(value)
            },
            None=>None
        }
    }

    pub fn average(&self)->f64{
        self.average
    }

    fn update_average(&mut self){
        let total:i32=self.list.iter().sum();
        self.average=total as f64 / self.list.len() as f64;
    }
}

代碼解釋：

• 結構體 AveragedCollection 含有list動態集合與average 兩個變體
  • 結構體被pub修飾，可以被外部訪問，但是兩個變體不可以被訪問
  • 兩個變體的修改交給下面定義的其他pub修飾的方法
• add與remove 完成list集合的元素添加與刪除，默認調用封裝的更新方法
• update_average 用來更新平均數，而average方法被pub修飾，外部可以直接訪問平均數

由此示例可知 Rust 結構體等類型默認是私有的，相當于C++/Java中的private，而被pub修飾后相當于public，合理利用這些關鍵字可以做到封裝的效果。

2、實現繼承（trait）

繼承可以使對象沿用另外一個對象的數據和行為，無需定義相關代碼，代碼復用效率高。Rust 中不存在繼承，但是可以通過 trait 方法來實現代碼共享，且可以在 trait 中覆蓋定義的方法，這就相當于主流語言中的子類繼承父類與重寫父類方法。

2.1、為共有行為定義一個 Trait

Rust 避免將 struct或 enum 稱為對象，因為它們與impl塊是分開的。

• trait對象有些類似于其它語言中的對象:
  • 它們某種程度上組合了數據與行為
• trait 對象與傳統對象不同的地方:
  • 無法為 trait對象添加數據
• trait對象被專門用于抽象某些共有行為，它沒其它語言中的對象那么通用

2.2、Trait 對象執行的是動態派發

• 將trait約束作用于泛型時，Rust編譯器會執行單態化:
  • 編譯器會為我們用來替換泛型類型參數的每一個具體類型生成對應函數和方法的非泛型實現
• 通過單態化生成的代碼會執行靜態派發(static dispatch)，在編譯過程中確定調用的具體方法
• 動態派發（dynamic dispatch) :
  • 無法在編譯過程中確定你調用的究竟是哪一種方法
  • 編譯器會產生額外的代碼以便在運行時找出希望調用的方法
• 使用trait 對象，會執行動態派發:
  • 產生運行時開銷
  • 阻止編譯器內聯方法代碼，使得部分優化操作無法進行

2.3、Trait對象必須保證對象安全

• 只能把滿足對象安全(object-safe）的 trait 轉化為 trait 對象。
• Rust采用一系列規則來判定某個對象是否安全，只需記住兩條:
  • 方法的返回類型不是Self
  • 方法中不包含任何泛型類型參數

3、實現多態（結合泛型）

繼承是多態（Polymorphism）思想的實現，多態指的是編程語言可以處理多種類型數據的代碼，在 Rust中使用泛型與 trait 約束（限定參數化多態 bounded parametric）模擬多態的使用。

有關Rust 泛型與特性的知識在本專欄前面已經介紹過，幫大家放個鏈接：Rust 泛型與特性

4、面向對象的設計模式

狀態模式（state pattern）是一種面向對象設計模式：

• 一個值擁有的內部狀態由數個狀態對象(state object）表達而成，而值的行為則隨著內
• 部狀態的改變而改變
• 使用狀態模式意味著:
  • 業務需求變化時，不需要修改持有狀態的值的代碼，或者使用這個值的代碼
  • 只需要更新狀態對象內部的代碼，以便改變其規則。或者增加一些新的狀態對象
• 狀態模式的缺點：
  • 某些狀態之間是相互耦合的
  • 需要重復實現一些邏輯代碼

Rust不僅能夠實現面向對象的設計模式，還可以支持更多的模式，例如：
將狀態和行為編碼為類型：
Rust 類型檢查系統會通過編譯時錯誤來阻止用戶使用無效的狀態。

面向對象的經典模式并不總是Rust編程實踐中的最佳選擇，因為Rust具有所有權等其它面向對象語言沒有的特性!