rust特性 - 技术栈

特性，也叫特质，英文是trait。

trait是一种特殊的类型，用于抽象某些方法。trait类似于其他编程语言中的接口，但又有所不同。

trait定义了一组方法，其他类型可以各自实现这个trait的方法，从而形成多态。

一、定义trait

（一）使用trait关键字

语法格式

trait trait_name{
    fn fn1(&self);
    fn fn2(&self);
    //...
}

其中包含一组方法。

方法第一个参数必须是&self。

例子

trait MyTrait {
     fn do_something(&self);
}

方法可以有默认实现，如果其他类型实现trait时不覆盖这些方法，将使用默认实现。

例子

trait MyTrait {
     fn do_something(&self) {
         // 默认实现
     }
}

（二）trait继承

trait可以继承其他trait

语法格式

trait trait_name: parent_trait_name{
    fn fn1(&self);
}

例子

trait Printable {
     fn print(&self);
}
trait Debuggable: Printable {
     fn debug(&self);
}

Debuggable继承了Printable，从而Debuggable包含了Printable中的方法。

多继承

例子

trait Paginate: Page + PerPage { 
     fn set_skip_page(&self, num: i32){
         println!("Skip Page: {:?}", num);
     }
}

（三）关联类型

关联类型是一个类型占位符。当实现trait时才指定具体类型。

在trait定义里，使用type关键字。

语法格式

trait xx {
     type T;
}

例子

标准库提供的Iterator trait有一个关联类型Item

pub trait Iterator {
     type Item;
     fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
}
impl Iterator for Counter {
     type Item = u32;
     fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {

Item是一个类型占位符，next方法返回Option<Self::Item> 类型的值。这个trait的实现者会指定Item的具体类型。

关联类型看起来像泛型，都是在定义时不指定具体类型。那么为什么不直接使用泛型呢？比如下面这样

pub trait Iterator<T> {
     fn next(&mut self) -> Option<T>;
}

区别在于当trait有泛型参数时，一个类型可以多次实现这个trait，每次为泛型参数指定不同的具体类型。比如Iterator<String> for Counter，Iterator<i32> for Counter，Iterator<u32> for Counter。Counter有多个Iterator的实现。

接着当使用Counter的next方法时，必须标明使用哪一个Iterator实现。比如Counter.next<String>()，Counter.next<i32>()，Counter.next<u32>()。

通过关联类型，则无需标注类型，因为只能实现一次这个trait。只能有一个impl Iterator for Counter。当调用Counter的next时不必每次指定我们需要u32值的迭代器。

二、实现trait

（一）为某个类型实现trait

使用impl关键字。

语法格式

impl trait_name for type{
    fn fn1(&self);
    fn fn2(&self);
    //...
}

例子

trait MyTrait {
     fn do_something(&self);
}
struct MyStruct;
impl MyTrait for MyStruct {
     fn do_something(&self) {
          // 实现方法逻辑
     }
}

在上述例子中，我们为MyStruct类型实现了MyTrait。

（二）在外部类型上实现外部trait

孤儿规则是指trait或类型处于当前crate时才可以在此类型上实现该trait。这意味着无法在外部类型上实现外部trait。一个绕开这个限制的方法是使用newtype模式。

newtype模式是使用元组结构体创建一个新类型，这个元组结构体只有一个字段，相当于对这个字段类型的封装。这样这个新类型就处于当前crate了，就可以为这个新类型实现trait。Newtype是一个源自Haskell编程语言的概念。使用这个模式没有运行时性能消耗，这个封装类型在编译时就被省略了。

例如，想要在Vec<T> 上实现Display，因为Display trait和Vec<T> 都定义于我们的crate之外，所以无法这么做。可以创建一个包含Vec<T> 的元组结构体，接着为元组结构体实现Display并使用Vec<T> 的值：

use std::fmt;
struct Wrapper(Vec<String>);
impl fmt::Display for Wrapper {
     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
         write!(f, "[{}]", self.0.join(", "))
     }
}
fn main() {
     let w = Wrapper(vec![String::from("hello"), String::from("world")]);
     println!("w = {}", w);
}

使用self.0来访问其内部的Vec<T>，因为Wrapper是元组结构体而Vec<T> 是结构体总位于索引0的项。

因为Wrapper是一个新类型，它没有内部类型的方法。如果希望新类型拥有其内部类型的每一个方法，那么可以为新类型实现Deref trait并返回其内部类型。如果不希望新类型拥有所有内部类型的方法，那么必须自行实现所需的方法。

三、使用trait

（一）trait作为函数的参数

trait可以作为函数的参数类型

例子

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

任何实现了Descriptive的实例都可以作为这个函数的参数

例子

trait Drawable {
     fn draw(&self);
}
fn draw_shape(shape: &impl Drawable) {
     shape.draw();
}

函数draw_shape，它接受实现了Drawable的类型作为参数。

如果涉及多个特性，可以用 + 符号表示，例如：

fn notify(item: impl Summary + Display)

（二）trait作为返回值

trait可以作为函数的返回值类型

格式如下：

fn person() -> impl Descriptive {
    //
}

例子

fn returns_summarizable() -> impl Summary {
     Tweet {
         username: String::from("horse_ebooks"),
         content: String::from( "of course, as you probably already know, people", ),
         reply: false, retweet: false,
     }
}

returns_summarizable函数返回某个实现了Summary的类型的实例。在这个例子中返回了一个 Tweet，不过调用方并不知情。

特性做返回值，所有返回支返回值类型必须完全一样

比如下面这个函数就是错误的：

实例

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