【Rust 课外知识】Rust中的三种多态性(上)——Enum和Trait

0x00 开篇

多态性(Polymorphism)在很多语言中都存在，比如Java/C#等。有了编程语言的多态性会使我们在工作中更加灵活和方便。当然，Rust也有多态性的特点。在Rust中有三种主要方法来实现多态，我们的目的就是讨论每种方法的优缺点。文章总共分为三章。

下面以一个经典的多态问题为例进行讨论。

有三种形状，矩形、等边三角形，圆，分别求出他们的面积和周长。

0x01 枚举

enum是Rust中的一种数据结构，我们可以将三种形状保存到一个enum中。示例代码如下：

enum Shape {
    Rectangle { width: f32, height: f32 },
    Triangle { side: f32 },
    Circle { radius: f32 },
}

接下来为Shape增加两个方法来分别计算周长和面积。示例代码如下：

impl Shape {
    /// 计算周长
    pub fn perimeter(&self) -> f32 {
        match self {
            Shape::Rectangle { width, height } => width * 2.0 + height * 2.0,
            Shape::Triangle { side } => side * 3.0,
            Shape::Circle { radius } => radius * 2.0 * std::f32::consts::PI
        }
    }
    /// 计算面积
    pub fn area(&self) -> f32 {
        match self {
            Shape::Rectangle { width, height } => width * height,
            Shape::Triangle { side } => side * 0.5 * 3.0_f32.sqrt() / 2.0 * side,
            Shape::Circle { radius } => radius * radius * std::f32::consts::PI
        }
    }
}

最后，我们可以在代码中使用它了。示例代码如下：

/// 输出周长
fn calc_perimeters(shape: Shape) {
   println!("{}", shape.perimeter());
}
/// 输出面积
fn calc_area(shape: Shape) {
    println!("{}", shape.area());
}

优点

使用enum可以将这些形状全部放在同一块内存区域中。这是Rust中实现多态性最直接的一种方法。它具有下面一些优势：

• 它的数据结构是内联的，它不需要通过其它引用来获取它。enum中所有的变量在内存中都是连续存储的，可以很容易检索到他们。它可以快速定位变量在内存的位置，这也是本文最重要的一个主题。
  
• 尽管数据是内联的，但集合中的每个项都可以从其相邻项中获取不同的变体。
  
• 可以将它们作为原始数据使用。
• 
  

缺点

• 如果不同变体的大小存在很大的差异，则可能会浪费一些内存。
  
• 枚举一旦定义后，就不会被改变，且不能被扩展。这也是非常大的一个缺陷了。
  

0x02 Trait

直接先上代码。

trait Shape {
    fn perimeter(&self) -> f32;
    fn area(&self) -> f32;
}
struct Rectangle { pub width: f32, pub height: f32 }
struct Triangle { pub side: f32 }
struct Circle { pub radius: f32 }
impl Shape for Rectangle {
    fn perimeter(&self) -> f32 {
        self.width * 2.0 + self.height * 2.0
    }
    fn area(&self) -> f32 {
        self.width * self.height
    }
}
impl Shape for Triangle {
    fn perimeter(&self) -> f32 {
        self.side * 3.0
    }
    fn area(&self) -> f32 {
        self.side * 0.5 * 3.0_f32.sqrt() / 2.0 * self.side
    }
}
impl Shape for Circle {
    fn perimeter(&self) -> f32 {
        self.radius * 2.0 * std::f32::consts::PI
    }
    fn area(&self) -> f32 {
        self.radius * self.radius * std::f32::consts::PI
    }
}

Trait可以翻译为“特性”，“特征”，类似于其它GC语言中的接口或者协议，在Rust中也是一个多态的概念。Trait指定结构体(Strut)必须实现的一组方法，然后它们可以为任意结构体实现，并且这些结构可以在预期的特征中使用。

优点

与枚举相比，它们具有的一个主要优点是，Trait可以被任意结构体实现，即使是不同的crate。当然，你也可以从其它crate中导入一个Trait，为你自己的结构体去实现它，然后将该结构体传递到需要该Trait的crate代码中。另外，也可以选择编写仅接受某个Trait的代码，这是使用枚举所不能达到的效果。

缺点

不能快速通过Trait找到正在使用的变量并获取它的其他属性。

0x03 小结

本篇文章着重介绍了在Rust中两种实现多态的方法——Enum和Trait。就上面两种方法而言，我个人还是比较推荐使用Trait的。使用Trait的灵活性非常强大。其实说起Trait，Rust为我们提供了两种选择，这个就留在下一篇文章讲了。