2411rust,实现特征

原文

在Rust2024中,impl Trait在中位置的默认工作方式有了变化.是为了简化impl Trait,以更好地匹配人们一般的需求.

还添加了一个灵活的语法,让你需要时可完全控制.

从Rust2024开始,一直在更改,何时可在返回位置impl Trait的隐藏类型中使用泛型参数的规则:

1,即对返回位置impl Trait的隐藏类型,的新的默认值,可在域中用任意泛型参数,而不仅是(仅适合Rust2024)类型;

2,用来显式声明可用哪些类型的一个语法(可在任意版本中使用).

新的显式语法叫"用约束":如,impl Trait+use<'x,T>表示允许隐藏类型使用'x和T(但不能使用域内的其他泛型参数).

背景:返回位置impl Trait

本篇涉及返回位置impl Trait,如以下示例:

fn process_data(
    data: &[Datum]
) -> impl Iterator<Item = ProcessedDatum> {
    data
        .iter()
        .map(|datum| datum.process())
}

在此返回位置``使用->impl Iterator,表明该函数返回实际类型由编译器根据函数体确定的"某种迭代器".它叫做"隐藏类型",因为调用者无法确切地知道它是什么;

他们必须针对Iterator特征编码.但是,在生成代码时,编译器根据实际的精确类型生成代码,从而确保充分优化调用者.

尽管调用者不知道确切的类型,但确实需要知道它继续借用数据参数,这样可确保在迭代时数据引用保持有效.

此外,调用者必须可无需查看函数体,仅根据类型签名来弄清楚它.

Rust的当前规则是,返回位置impl Trait值只有在impl Trait自身中有引用的生命期时,才能使用引用.此例中,impl Iterator<Item = ProcessedDatum>不引用生命期,因此抓数据是非法的.

你可在玩耍地上亲眼看到它.

此时收到的错误消息("隐藏类型抓生命期")不是很直观,但它确实附带了如何修复它的有用建议:
帮助:要声明impl Iterator<Item = ProcessedDatum>

抓''_'时,你可添加显式''_'生命期约束

impl Iterator<Item = ProcessedDatum> + '_ {

按此建议的显式版本,函数签名变为:

fn process_data<'d>(
    data: &'d [Datum]
) -> impl Iterator<Item = ProcessedDatum> + 'd {
    data
        .iter()
        .map(|datum| datum.process())
}

在此版本中,在impl Trait类型中显式引用,'d数据的生命期,因此允许使用.即只要正在使用迭代器,就必须持续借用数据,即它(正确地)此例中标记错误:

let mut data: Vec<Datum> = vec![Datum::default()];
let iter = process_data(&data);
data.push(Datum::default()); //<-错误!
iter.next();

此设计的可用性问题

在impl Trait中可用哪些泛型参数的规则是在早期根据一组有限的示例确定的.随着时间,会注意到它们有许多问题.

1,不是正确的默认值

对主要代码基(编译器和crates.io上的箱)的调查发现,绝大多数返回位置impl Trait值都要用生命期,因此默认不抓没用.

2,不够灵活

当前规则是返回位置impl Trait总是允许使用类型参数,有时如果它们出现在约束中,允许使用生命期参数.

如上,该默认值是错误的,因为大多数函数实际上确实想允许返回类型使用生命期参数:这至少有变通.

但默认值也是错误的,因为某些函数想要显式声明它们不在返回类型中使用类型参数,且现在无法覆盖它.

最初意图是类型别名impl Trait可解决该用例,但很麻烦.

3,难以解释

因为默认值是错误的,所以用户经常遇见这些错误!添加编译器提示以建议+'_有用,但用户必须遵守不完全理解的提示并不是很好.

4,错误的建议

给impl Trait添加+'_参数可能会很怪,但并不是很难.可惜,它一般是错误的注解,导致不必要的编译器错误,正确的修复或很复杂,有时甚至不可能.考虑如下示例:

fn process<'c, T> {
    context: &'c Context,
    data: Vec<T>,
) -> impl Iterator<Item = ()> + 'c {
    data
        .into_iter()
        .map(|datum| context.process(datum))
}

此处,处理函数用context.process来处理数据中的(T类型)每个元素.因为返回值使用环境,因此按+'c声明它.

在此真正目标是允许中类型中,使用'c;写+'c可实现该目标,因为现在在约束列表中有'c.但是,虽然编写+'c是使'c出现在约束中的方便方法,但也表明隐藏类型必须比'c更久.

该要求是不必要的,实际上会导致本例中编译错误,在玩耍地上试一下.

5,与Rust的其他部分不一致

当前设计还与Rust其他部分不一致.

异步FN去糖

Rust定义异步fn来去糖返回->impl Future的普通fn.因此,你想像处理此函数:

async fn process(data: &Data) { .. }

...将(大致)去糖为:

fn process(
    data: &Data
) -> impl Future<Output = ()> {
    async move {
        ..
    }
}

实际上,因为可用生命期的规则有问题,这不是实际的去糖.实际的去糖是针对一个特殊的允许使用所有生命期的impl Trait.

但是该形式的impl Trait并未向终端用户公开.

impl Trait中的特征

Rust2024设计

上述问题促使在Rust2024中结合了两件事来用新的方法:

1,一个新的默认值,即返回位置impl Trait的隐藏类型可用域中而不仅是类型(仅适合Rust2024)的泛型参数;

2,一个显式声明可用哪些类型的语法.

新的显式语法叫"用约束":如,impl Trait+use<'x,T>表示允许隐藏类型使用'x和T(但不能使用域内的其他泛型参数).

现在默认可使用生命期

在Rust2024中,默认是返回位置impl Trait值的隐藏类型使用域内无论是类型还是生命期的泛型参数.

即在Rust2024中可很好编译这篇博文的初始示例,设置玩耍地中的版本为2024来试试:

fn process_data(
    data: &[Datum]
) -> impl Iterator<Item = ProcessedDatum> {
    data
        .iter()
        .map(|datum| datum.process())
}

好!

impl Trait可包含一个use<>bound来精确指定使用的泛型类型和生命期

例外是,当函数仅接受读取值且不包含在返回值中的引用参数时.一个示例是下面的indices()函数:它接受一个&[T]类型的切片,但它唯一做的是读取长度,用它来创建一个迭代器.
返回值中不需要切片自身:

fn indices<'s, T>(
    slice: &'s [T],
) -> impl Iterator<Item = usize> {
    0 .. slice.len()
}

在Rust2021中,该声明隐式地表示切片没有返回类型.但在Rust2024中,默认值恰恰相反.即像此调用者停止在Rust2024中编译,因为他们现在假设直到迭代完成,数据是借用的:

fn main() {
    let mut data = vec![1, 2, 3];
    let i = indices(&data);
    data.push(4); //<-错误!<--假设访问`'&data'`
    i.next(); //
}

这实际上可能就是你想要的!即你可稍后修改indices()的定义,这样它实际上在结果中包含切片.即,新的默认值延续了impl Trait的传统,即保留在不中断调用者时,函数更改其实现的灵活性.

但是,如果它不是你想要的呢?如果想保证indices()不会在其返回值中,保存参数切片的引用,你现在在返回类型中包含use<>约束来显式表示返回类型中可包含哪些泛型参数来完成.

在indices()时,返回类型实际上不使用泛型,因此最好写为use<>:

fn indices<'s, T>(
    slice: &'s [T],
) -> impl Iterator<Item = usize> + use<> {
    //-----返回类型不使用`''s'或'T'`
    0 .. slice.len()
}

这与早期版本中impl Trait的限制相应,它总是必须抓类型参数.此时,可如下,避免了编译错误,但仍比必要的更保守:

fn indices<T>(
    slice: &[T],
) -> impl Iterator<Item = usize> + use<T> {
    0 .. slice.len()
}

或:'静态约束.对完全不抓引用的特例,也可用'静态绑定,如下(自己试一下):

fn indices<'s, T>(
    slice: &'s [T],
) -> impl Iterator<Item = usize> + 'static {
    //-------返回类型不会抓引用.
    0 .. slice.len()
}

"此时,静态约束很方便,特别是考虑到当前use<>约束的实现限制,但use<>约束总体上更灵活.

如,编译器有一个返回newtype的索引I而不是usize值索引的变量,因此它包含一个use<I>声明.