2024 Rust现代实用教程 Trait特质

喜欢打篮球的普通人2024-11-02 9:03

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一、Trait特质

在Rust中，特质（Traits）是一种定义方法签名的机制

  • 特质允许你定义一组方法的签名，但可以不提供具体的实现（也可以提供）。这些方法签名可以包括参数和返回类型，但可以不包括方法的实现代码。

任何类型都可以实现特质，只要它们提供了特质中定义的所有方法。这使得你可以为不同类型提供相同的行为。

特点：

  • 1．内置常量：特质可以内置常量（const），特质中定义的常量在程序的整个生命周期内都是有效的。
  • 2．默认实现：特质可以提供默认的方法实现。如果类型没有为特质中的某个方法提供自定义实现，将会使用默认实现。
  • 3.多重实现：类型可以实现多个特质，这允许你将不同的行为组合在一起。
  • 4．特质边界：在泛型代码中，你可以使用特质作为类型约束。这被称为特质边界，它限制了泛型类型必须实现的特质。
  • 5．TraitAlias：Rust还支持traitalias，允许你为复杂的trait组合创建简洁的别名，以便在代码中更轻松地引l用。

Example：

rust 复制代码 
trait Greeter {
    fn greet(&self);
    fn hello();
}

struct Person {
    name: String,
}

impl Greeter for Person {
    // 为Person 实现greet(&self)
    fn greet(&self) {
        println!("greet {}", self.name);
    }

    fn hello() {
        println!("hello");
    }
}

fn main() {
    let person = Person {
        name: "Yz".to_owned(),
    };
    person.greet();
    Person::hello();
}

编译并运行

bash 复制代码 
 cargo run
   Compiling ch25_trait v0.1.0 (/home/wangji/installer/rust/project/ch25_trait)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.45s
     Running `target/debug/ch25_trait`
greet Yz
hello

二、Trait Object与Box

1.Trait Object

在运行时动态分配的对象

  • "运行时泛型"
  • 比泛型要灵活的多

2可以在集合中混入不同的类型对象

  • 更容易处理相似的数据

3.有一些小小的性能损耗

2.dyn关键字

dyn 是 Rust中的关键字，用于声明特质对象（trait object）的类型。特质对象是实现了特定特质（trait）的类型的实例，但其具体类型在编译时是未知的。

因此，为了让编译器知道我们正在处理的是特质对象，我们需要在特质名称前面加上 dyn 关键字。

dyn关键字的作用是指示编译器处理特质对象。

3.Rust中数据传输的三种形式

不可变引l用（Immutable References）

  • &dyn Trait

可变引l用 （Mutable References)

  • &mut dyn Trait

Move语义所有权转移

  • 特质需要用Box<dyn Trait>实现move，如果你需要在函数调用之间传递特质的所有权，并且希望避免在栈上分配大量的内存，可以使用 Box<dyn Trait>。

4.特质与Box

创建trait Object的三种方式

第一种

rust 复制代码 
let o = Object{};
let o_obj: &dyn Object = &o;

第二种

rust 复制代码 
let o_obj: &dyn Object = &0bject{};

第三种

rust 复制代码 
let o_obj: Box<dyn Object> = Box::new(Object {}) ;

第一种和第二种都是创建不可变引用

第三种最常用也最灵活，一般来说会使用Box和特质来组成集合元素

rust 复制代码 
// trait 不可变引用 \ Move
struct Obj {}
trait Overview {
    fn overview(&self) -> String {
        String::from("overview")
    }
}

impl Overview for Obj {
    fn overview(&self) -> String {
        String::from("Obj")
    }
}
// 不可变引用
fn call_obj(item: &impl Overview) {
    println!("Overview {}", item.overview());
}
// Move
fn call_obj_box(item: Box<dyn Overview>) {
    println!("Overview {}", item.overview());
}

trait Sale {
    fn amount(&self) -> f64;
}

// 元组结构体
struct Common(f64);
impl Sale for Common {
    fn amount(&self) -> f64 {
        self.0
    }
}

struct TenDiscount(f64);
impl Sale for TenDiscount {
    fn amount(&self) -> f64 {
        self.0 - 10.0
    }
}

struct TenPercentDiscount(f64);
impl Sale for TenPercentDiscount {
    fn amount(&self) -> f64 {
        self.0 * 0.9
    }
}

fn calculate(sales: &Vec<Box<dyn Sale>>) -> f64 {
    sales.iter().map(|sale| sale.amount()).sum()
}

fn main() {
    let a = Obj {};
    call_obj(&a);
    println!("{}", a.overview());
    let b_a = Box::new(Obj {});
    call_obj_box(b_a);
    // println!("{}", b_a.overview());

    /**
    等价写法
    let c:  = Box::new(Common(100.0));
    let t1:  = Box::new(TenDiscount(100.0));
    let t2: Vec<Box<dyn Sale>> = Box::new(TenPercentDiscount(200.0));

    let sales:  = vec![c, t1, t2]; // : Vec<Box<dyn Sale>>

     */
    let c: Box<dyn Sale> = Box::new(Common(100.0));
    let t1: Box<dyn Sale> = Box::new(TenDiscount(100.0));
    let t2: Box<dyn Sale> = Box::new(TenPercentDiscount(200.0));

    let sales = vec![c, t1, t2]; // : Vec<Box<dyn Sale>>

    println!("pay {}", calculate(&sales));
}

编译及运行：

bash 复制代码 
 cargo run
   Compiling ch26_trait_box v0.1.0 (/home/wangji/installer/rust/project/ch26_trait_box)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.28s
     Running `target/debug/ch26_trait_box`
Overview Obj
Obj
Overview Obj
pay 370
~/installer/rust/project/ch26_trait_box master 
 cargo run
   Compiling ch26_trait_box v0.1.0 (/home/wangji/installer/rust/project/ch26_trait_box)
warning: unused doc comment
  --> src/main.rs:61:5
   |
61 | /     /**
62 | |     等价写法
63 | |     let c: Box<dyn Sale> = Box::new(Common(100.0));
64 | |     let t1: Box<dyn Sale> = Box::new(TenDiscount(100.0));
...  |
68 | |
69 | |      */
   | |_______^
70 |       let c: Box<dyn Sale> = Box::new(Common(100.0));
   |       ----------------------------------------------- rustdoc does not generate documentation for statements
   |
   = help: use `/* */` for a plain comment
   = note: `#[warn(unused_doc_comments)]` on by default

warning: `ch26_trait_box` (bin "ch26_trait_box") generated 1 warning
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 6.28s
     Running `target/debug/ch26_trait_box`
Overview Obj
Obj
Overview Obj
pay 370

三、Trait Object与泛型

1.泛型与impl不同的写法

rust 复制代码 
fn call(item1: &impl Trait, item2: &impl Trait) ;
可以是不同类型

fn call_generic<T: Trait>(item1: &T, item2: &T) ;
必须是相同类型

2.Multiple Trait Bounds

rust 复制代码 
fn call(item1: & (impl Trait+ AnotherTrait) );
fn call_generic<T: Trait+ AnotherTrait>(item1: &T);

Example：

rust 复制代码 
trait Overview {
    fn overview(&self) -> String {
        String::from("Course")
    }
}

trait Another {
    fn hell(&self) {
        println!("welcome to hell");
    }
}

struct Course {
    headline: String,
    author: String,
}

impl Overview for Course {}
impl Another for Course {}

struct AnotherCourse {
    headline: String,
    author: String,
}

impl Overview for AnotherCourse {}

// 写法1：入参类型：&impl Overview
fn call_overview(item: &impl Overview) {
    println!("Overview {}", item.overview());
}

// 写法2：指定模板参数是T: Overview
fn call_overview_generic<T: Overview>(item: &T) {
    println!("Overview {}", item.overview());
}

fn call_overviewT(item: &impl Overview, item1: &impl Overview) {
    println!("Overview {}", item.overview());
    println!("Overview {}", item1.overview());
}

fn call_overviewTT<T: Overview>(item: &T, item1: &T) {
    println!("Overview {}", item.overview());
    println!("Overview {}", item1.overview());
}
// 多绑定写法1
fn call_mul_bind(item: &(impl Overview + Another)) {
    println!("Overview {}", item.overview());
    item.hell();
}

// 多绑定写法2
fn call_mul_bind_generic<T: Overview + Another>(item: &T) {
    println!("Overview {}", item.overview());
    item.hell();
}

// 多绑定写法3
fn call_mul_bind_generic_generic<T>(item: &T)
where
    T: Overview + Another,
{
    println!("Overview {}", item.overview());
    item.hell();
}

fn main() {
    let c0 = Course {
        headline: "ff".to_owned(),
        author: "yy".to_owned(),
    };
    let c1 = Course {
        headline: "ff".to_owned(),
        author: "yy".to_owned(),
    };

    let c2 = AnotherCourse {
        headline: "ff".to_owned(),
        author: "yz".to_owned(),
    };
    // call_overview(&c1);
    // call_overview_generic(&c1);
    // call_overviewT(&c1, &c2);
    // println!("-------------------");
    // call_overviewTT(&c1, &c0);
    // call_overviewT(&c1, &c0);
    call_mul_bind(&c1);
    call_mul_bind_generic(&c1);
}

编译及运行：

bash 复制代码 
 cargo run
warning: unused variable: `c0`
  --> src/main.rs:69:9
   |
69 |     let c0 = Course {
   |         ^^ help: if this is intentional, prefix it with an underscore: `_c0`
   |
   = note: `#[warn(unused_variables)]` on by default

warning: unused variable: `c2`
  --> src/main.rs:78:9
   |
78 |     let c2 = AnotherCourse {
   |         ^^ help: if this is intentional, prefix it with an underscore: `_c2`

warning: fields `headline` and `author` are never read
  --> src/main.rs:14:5
   |
13 | struct Course {
   |        ------ fields in this struct
14 |     headline: String,
   |     ^^^^^^^^
15 |     author: String,
   |     ^^^^^^
   |
   = note: `#[warn(dead_code)]` on by default

warning: fields `headline` and `author` are never read
  --> src/main.rs:22:5
   |
21 | struct AnotherCourse {
   |        ------------- fields in this struct
22 |     headline: String,
   |     ^^^^^^^^
23 |     author: String,
   |     ^^^^^^

warning: function `call_overview` is never used
  --> src/main.rs:29:4
   |
29 | fn call_overview(item: &impl Overview) {
   |    ^^^^^^^^^^^^^

warning: function `call_overview_generic` is never used
  --> src/main.rs:34:4
   |
34 | fn call_overview_generic<T: Overview>(item: &T) {
   |    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

warning: function `call_overviewT` is never used
  --> src/main.rs:38:4
   |
38 | fn call_overviewT(item: &impl Overview, item1: &impl Overview) {
   |    ^^^^^^^^^^^^^^

warning: function `call_overviewTT` is never used
  --> src/main.rs:43:4
   |
43 | fn call_overviewTT<T: Overview>(item: &T, item1: &T) {
   |    ^^^^^^^^^^^^^^^

warning: function `call_mul_bind_generic_generic` is never used
  --> src/main.rs:60:4
   |
60 | fn call_mul_bind_generic_generic<T>(item: &T)
   |    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

warning: function `call_overviewT` should have a snake case name
  --> src/main.rs:38:4
   |
38 | fn call_overviewT(item: &impl Overview, item1: &impl Overview) {
   |    ^^^^^^^^^^^^^^ help: convert the identifier to snake case: `call_overview_t`
   |
   = note: `#[warn(non_snake_case)]` on by default

warning: function `call_overviewTT` should have a snake case name
  --> src/main.rs:43:4
   |
43 | fn call_overviewTT<T: Overview>(item: &T, item1: &T) {
   |    ^^^^^^^^^^^^^^^ help: convert the identifier to snake case: `call_overview_tt`

warning: `ch27_trait_generic` (bin "ch27_trait_generic") generated 11 warnings
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.00s
     Running `target/debug/ch27_trait_generic`
Overview Course
welcome to hell
Overview Course
welcome to hell

四、重载操作符Operator

五、Trait与多态和继承

六、常见的Trait

参考

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