1. 方法(Methods)是什么?
在 Rust 里,方法和函数的定义方式很像:
- 都使用
fn
来声明。 - 都能拥有参数和返回值。
- 都包含一段在被调用时执行的代码逻辑。
不同点在于: 方法必须定义在某个具体类型(比如 struct
、enum
或者在某个 trait 对象里)的上下文中。而且方法的第一个参数固定要写成 self
(可以是 self
、&self
或者 &mut self
),用来代表调用该方法的具体实例。
让我们来看看一个简单示例。假设我们有一个 Rectangle
结构体:
rust
#[derive(Debug)]
struct Rectangle {
width: u32,
height: u32,
}
如果你想为 Rectangle
实例添加一个计算面积的功能,我们可以在 impl
(implementation)块中为它定义一个方法 area
:
rust
impl Rectangle {
fn area(&self) -> u32 {
self.width * self.height
}
}
- 这里
impl Rectangle { ... }
表示这个块里的所有函数都与Rectangle
类型相关联。 fn area(&self) -> u32
说明:这是一个方法,第一个参数是&self
,表示以不可变引用的形式 访问当前调用该方法的Rectangle
实例。self.width
和self.height
即代表该实例的字段。用self
访问字段非常直观。
在 main
函数中,当我们创建一个矩形实例后,就可以使用方法语法来获取面积:
rust
fn main() {
let rect1 = Rectangle {
width: 30,
height: 50,
};
println!("rect1 的面积是:{}", rect1.area());
}
运行后,会输出:
rect1 的面积是:1500
2. 为什么要使用 &self 而不是 &Rectangle?
在我们将 area
从一个普通函数重构为一个方法时,你会注意到,函数签名由原本的
rust
fn area(rectangle: &Rectangle) -> u32 { ... }
变为
rust
fn area(&self) -> u32 { ... }
这是因为在 impl Rectangle
这个上下文中,Rust 给出了一个更具可读性的方式:让第一个参数自动变为 self
,而 Self
则是当前实现块对应的类型别名。如果你需要修改 实例的字段,你可以将第一个参数写为 &mut self
;如果需要获取所有权 并可能在方法内部把它"转化"成别的东西,则用 self
。但这种把所有权转移给方法本身的做法很少见。
在大多数情况下,我们只是想读一下结构体数据而不改变它,这时使用 &self
最为常见,也能让调用者继续使用这个实例。
3. 同名字段与同名方法
如果你在 Rectangle
内也有一个字段叫做 width
,同时还想定义一个方法也叫 width
,这是合法的。比如:
rust
impl Rectangle {
fn width(&self) -> bool {
self.width > 0
}
}
在调用时:
rect.width
(不带括号)访问的是字段width
的数值。rect.width()
(带括号)调用的是同名方法,返回一个布尔值。
在很多语言中,如果你只想单纯地返回字段值,会把这种方法称为"getter"。Rust 并不会为你自动生成 getter,但你可以自行定义。这样一来,你可以只把字段设为私有,但对外公开这个只读方法,让外部安全地访问它。
4. 借用与解引用:为什么在调用方法时不需要写 & 或 *?
在 C/C++ 中,如果你要通过指针来调用成员函数,需要写 ->
。或者,如果你手头是指针,还要显式地 (*object).method()
等。在 Rust 中则不需要这么麻烦,因为自动引用和解引用 让你可以直接写 object.method()
。
实际上,这些调用是一样的:
rust
p1.distance(&p2);
(&p1).distance(&p2);
Rust 会根据方法签名(第一个参数是 &self
、&mut self
还是 self
)来自动推断是否需要帮你加 &
、&mut
或者 *
。这大大简化了调用方法时的语法。
5. 方法可以拥有多个参数
方法和函数在参数上并没什么区别,除了第一个参数是 self
以外,其他参数你可以自由添加。举例来说,为 Rectangle
再定义一个方法 can_hold
,用来检查"当前矩形"是否可以完全容纳另一个矩形:
rust
impl Rectangle {
fn can_hold(&self, other: &Rectangle) -> bool {
self.width > other.width && self.height > other.height
}
}
然后这样使用它:
rust
fn main() {
let rect1 = Rectangle { width: 30, height: 50 };
let rect2 = Rectangle { width: 10, height: 40 };
let rect3 = Rectangle { width: 60, height: 45 };
println!("Can rect1 hold rect2? {}", rect1.can_hold(&rect2)); // true
println!("Can rect1 hold rect3? {}", rect1.can_hold(&rect3)); // false
}
6. 关联函数(Associated Functions)
如果在 impl
块中定义的函数没有 self
参数,那它就不是方法(method),而是关联函数(associated function)。关联函数常被用来提供类似"构造函数"的功能。举个例子,如果你想快速构造一个"正方形":
rust
impl Rectangle {
// 关联函数
fn square(size: u32) -> Self {
Self {
width: size,
height: size,
}
}
}
调用的时候,使用 ::
语法来调用关联函数:
rust
fn main() {
let sq = Rectangle::square(3);
println!("正方形 sq: {:#?}", sq);
}
打印结果为:
正方形 sq: Rectangle {
width: 3,
height: 3
}
在标准库里,我们也经常看到这种关联函数,比如 String::from("Hello")
。它不需要某个已存在的 String
实例,就可以直接调用,用来创建一个新的字符串。
7. 多个 impl 块
你可以为同一个类型写多个 impl
块,比如:
rust
impl Rectangle {
fn area(&self) -> u32 {
self.width * self.height
}
}
impl Rectangle {
fn can_hold(&self, other: &Rectangle) -> bool {
self.width > other.width && self.height > other.height
}
}
这与把它们写在同一个 impl
中没有本质差别。之所以 Rust 允许你分开写,是为了在某些情况下(比如涉及到泛型、trait 实现等)组织代码更灵活。
8. 总结
- 方法 :必须定义在某个类型(如
struct
)的impl
块中,第一个参数是self
(可变或不可变)。方法往往用于描述该类型实例的某些行为,读或写其内部数据。 - 关联函数 :在
impl
块里定义但不包含self
参数的函数。常用于构造新实例或提供一些与实例无关的功能。 - Rust 拥有自动引用和解引用 特性,让我们可以简洁地使用
object.method()
来调用方法。 - 多个
impl
块可以并存,给代码的组织提供了很大灵活性。
通过为自定义类型定义方法,我们不仅能让代码更具可读性,把相关的行为放到同一个 impl
块中,也能充分利用所有权、借用等特性来保证内存安全和并发安全。希望这篇文章能帮你搞清楚在 Rust 中如何编写方法、何时使用 &self
、&mut self
、self
,以及如何借助关联函数让代码更简洁优雅。
如果你还对 Rust 中的枚举(enum)或 trait 有兴趣,不妨继续阅读之后的章节,它们和 struct
一样,也是构建复杂逻辑的重要工具。