不同于 java 中的反射,Rust 没有提供以往意义上的运行时反射,取而代之的是 "编译期反射",如 类型分析、类型转换、类型签名。但即便如此,也已经能对 Rust元编程 提供很多助力了。
这种操作,主要通过 Any 来实现,Rust 中提供了 Any
Trait,所有类型(含自定义类型)都自动实现了该特征;因此,通过它我们可以进行一些类似反射的功能;
实际上,在 Rust 早期版本中是提供了 Reflection 的,但是在 14年移除了相关代码,原因是:
- 反射打破了原有的封装原则,能任意访问结构体内容,不安全;
- 反射的存在使得代码过于臃肿,移除后编译器可以简化很多;
- 反射功能设计的比较弱,开发者对于是否在未来的版本中还拥有反射功能存疑;
另一篇 关于Rust为何不引入 Runtime Reflection ,大致信息如下:
- 不一定非要使用反射来实现, Rust中可以有更好的实现:
- 派生宏和Trait之间的配合,可以将实现从运行时转移到编译时;
例如,利用过程宏实现编译时反射,以实现依赖注入等功能 - https://github.com/dtolnay/reflect至于保留 Any 的原因:
- 在调试范型类型相关代码时,有TypeId会更方便,更容易给出正确的错误提示;
- 有利于编译器作出代码的优化;
Any源码简读
参看Any源码文档:
作为 &dyn Any
(借用的 trait 对象),具有 is
和 downcast_ref
方法,可测试值是否为给定类型,并对类型的内部值进行引用;作为 &mut dyn Any
,还有 downcast_mut
方法,用于获取内部值的 "可变引用" ;
Box<dyn Any>
具有 downcast
方法,该方法尝试转换为 Box<T>
;也有称 "类型具象化"。但需注意,&dyn Any
仅限于测试值是否为具体的类型,而不能用于测试类型是否实现了 Trait;
总结就是 std::any
起到的作用有4个:
- 获得变量的类型
a.type_id()
; - 判断变量是否是指定的具体类型
a.is::<String>()
或TypeId::of::<String>() == a.type_id()
; - 把any转换成指定类型
a.downcast_ref::<String>()
; - 获取类型的名字
(_: &T) -> String { std::any::type_name::<T>().to_string() }
;
下面看一段 Any Trait 部分核心源码,可帮助更好理解 Any:
rust
pub trait Any: 'static {
fn type_id(&self) -> TypeId;
}
// 获得变量的类型TypeId
// 为所有的T实现了Any
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
impl<T: 'static + ?Sized> Any for T {
fn type_id(&self) -> TypeId { TypeId::of::<T>() }
}
// 判断变量是否是指定类型
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
#[inline]
pub fn is<T: Any>(&self) -> bool {
// Get `TypeId` of the type this function is instantiated with.
let t = TypeId::of::<T>();
// Get `TypeId` of the type in the trait object.
let concrete = self.type_id();
// Compare both `TypeId`s on equality.
t == concrete
}
// 把any转换成指定类型
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
#[inline]
pub fn downcast_ref<T: Any>(&self) -> Option<&T> {
if self.is::<T>() {
// SAFETY: just checked whether we are pointing to the correct type
unsafe {
Some(&*(self as *const dyn Any as *const T))
}
} else {
None
}
}
// 获取类型名字
pub const fn type_name<T: ?Sized>() -> &'static str {
intrinsics::type_name::<T>()
}
#[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Debug, Hash)]
pub struct TypeId {
t: u64,
}
补充说明:
-
Rust 中,所有拥有静态生命周期的类型都会实现Any,未来可能会考虑加入生命周期是非'static的情况;
-
Rust 中,所有类型都有一个全局唯一的标识 TypeId(A
TypeId
represents a globally unique identifier for a type); -
这些 TypeId 都是通过调用 intrinsic 模块中定义的函数创建的,即 TypeId 的生成是由编译器的实现来决定的!
关于intrinsic 模块:
intrinsic 库函数是指:由编译器内置实现的函数,一般是具有如下特点的函数:
- 与CPU架构相关性很大,必须利用汇编实现或者利用汇编才能具备最高性能的函数;
- 和编译器密切相关的函数,由编译器来实现最为合适;
- 具体实现 - https://github.com/rust-lang/rust/blob/master/compiler/rustc_codegen_llvm/src/intrinsic.rs
Any基本使用
- examples/main.rs
rust
use std::any::{Any, TypeId};
struct Person {
pub name: String,
}
/// 判断是否为指定类型-1
fn is_string(s: &dyn Any) -> bool {
TypeId::of::<String>() == s.type_id() // 获取TypeId
}
/// 判断是否为指定类型-2
fn check_string(s: &dyn Any) {
if s.is::<String>() {
println!("It's a string!");
} else {
println!("Not a string...");
}
}
/// 转换Any为特定类型
fn print_if_string(s: &dyn Any) {
if let Some(ss) = s.downcast_ref::<String>() {
println!("It's a string({}): '{}'", ss.len(), ss);
} else {
println!("Not a string...");
}
}
/// 获取类型的名字
/// 但需注意, 此方式获取的名字不唯一
/// 如 type_name::<Option<String>> 可能返回 Option<String> 或 std::option::Option<std::string::String>
/// 同时, 编译器版本不同、可能返回值不同
fn get_type_name<T>(_: &T) -> String {
std::any::type_name::<T>().to_string()
}
fn main() {
let p = Person { name: "John".to_string() };
assert!(!is_string(&p));
assert!(is_string(&p.name));
check_string(&p);
check_string(&p.name);
print_if_string(&p);
print_if_string(&p.name);
println!("Type name of p: {}", get_type_name(&p));
println!("Type name of p.name: {}", get_type_name(&p.name));
}
- 输出如下
shell
Not a string...
It's a string!
Not a string...
It's a string(4): 'John'
Type name of p: 0_any::Person
Type name of p.name: alloc::string::String
Any适用场景
Rust 中的 Any 类似于 Java 中的 Object,可以传入任何拥有静态生命周期的类型;因此,当入参类型复杂,但后续又没有更多功能性操作时,就可以简化入参。例如,打印任何类型的值。
- examples/1_print_any.rs
rust
use std::any::Any;
use std::fmt::Debug;
#[derive(Debug)]
struct MyType {
name: String,
age: u32,
}
fn print_any<T: Any + Debug>(value: &T) {
let value_any = value as &dyn Any;
if let Some(string) = value_any.downcast_ref::<String>() {
println!("String ({}): {}", string.len(), string);
} else if let Some(MyType { name, age }) = value_any.downcast_ref::<MyType>() {
println!("MyType ({}, {})", name, age)
} else {
println!("{:?}", value)
}
}
fn main() {
let ty = MyType {
name: "Rust".to_string(),
age: 30,
};
let name = String::from("Rust");
print_any(&ty);
print_any(&name);
print_any(&30);
}
- 运行后输出
shell
MyType (Rust, 30)
String (4): Rust
30
如上所示,不论 String、MyType 自定义类型、还是内置的 i32 类型,都可以被打印,只要他们实现了 Debug Trait;这也可以认为是Rust 中、一种函数重载的方式,在读取一些结构复杂的配置时,也可以直接使用 Any。
最后总结
Any Trait 并非常规意义上的 Reflection,而最多是编译期反射、且只启用了 "类型检查" 和 "类型转换",并不检查结构的任意内容。
Any 符合零成本抽象,因为Rust只会针对调用该函数的相关类型生成代码,并且返回的是编译器内部的类型ID,没有额外开销;甚至可以直接使用 TypeId::of::<String>
,从而没有了 dyn any
的动态绑定开销。
虽然 Rust 没有真正的 运行时 Reflection,但使用过程宏、仍可以实现大部分反射能够实现的功能,如上一节的 AOP 增强 !!
就这样,bye bye ~
参考资料