rust 泛型和特征(三)

简介: rust 泛型和特征

rust 泛型和特征(二)https://developer.aliyun.com/article/1391935


调用同名的方法

不同特征拥有同名的方法是很正常的事情,你没有任何办法阻止这一点;甚至除了特征上的同名方法外,在你的类型上,也有同名方法:

trait Pilot {
    fn fly(&self);
}
trait Wizard {
    fn fly(&self);
}
struct Human;
impl Pilot for Human {
    fn fly(&self) {
        println!("This is your captain speaking.");
    }
}
impl Wizard for Human {
    fn fly(&self) {
        println!("Up!");
    }
}
impl Human {
    fn fly(&self) {
        println!("*waving arms furiously*");
    }
}

这里,不仅仅两个特征 Pilot 和 Wizard 有 fly 方法,就连实现那两个特征的 Human 单元结构体,也拥有一个同名方法 fly

优先调用类型上的方法

当调用 Human 实例的 fly 时,编译器默认调用该类型中定义的方法:

fn main() {
    let person = Human;
    person.fly();
}

这段代码会打印 waving arms furiously,说明直接调用了类型上定义的方法。

调用特征上的方法

为了能够调用两个特征的方法,需要使用显式调用的语法:

fn main() {
    let person = Human;
    Pilot::fly(&person); // 调用Pilot特征上的方法
    Wizard::fly(&person); // 调用Wizard特征上的方法
    person.fly(); // 调用Human类型自身的方法
}

运行后依次输出:

This is your captain speaking.
Up!
*waving arms furiously*

因为 fly 方法的参数是 self,当显式调用时,编译器就可以根据调用的类型( self 的类型)决定具体调用哪个方法。

这个时候问题又来了,如果方法没有 self 参数呢?稍等,估计有读者会问:还有方法没有 self 参数?

trait Animal {
    fn baby_name() -> String;
}
struct Dog;
impl Dog {
    fn baby_name() -> String {
        String::from("Spot")
    }
}
impl Animal for Dog {
    fn baby_name() -> String {
        String::from("puppy")
    }
}
fn main() {
    println!("A baby dog is called a {}", Dog::baby_name());
}

Dog::baby_name() 的调用方式显然不行,因为这只是狗妈妈对宝宝的爱称,可能你会想到通过下面的方式查询其他动物对狗狗的称呼:

fn main() {
    println!("A baby dog is called a {}", Animal::baby_name());
}
error[E0283]: type annotations needed // 需要类型注释
  --> src/main.rs:20:43
   |
20 |     println!("A baby dog is called a {}", Animal::baby_name());
   |                                           ^^^^^^^^^^^^^^^^^ cannot infer type // 无法推断类型
   |
   = note: cannot satisfy `_: Animal`
完全限定语法

完全限定语法是调用函数最为明确的方式:

fn main() {
    println!("A baby dog is called a {}", <Dog as Animal>::baby_name());
}

在尖括号中,通过 as 关键字,我们向 Rust 编译器提供了类型注解,也就是 Animal 就是 Dog,而不是其他动物,因此最终会调用 impl Animal for Dog 中的方法,获取到其它动物对狗宝宝的称呼:puppy。

特征定义中的特征约束

有时,我们会需要让某个特征 A 能使用另一个特征 B 的功能(另一种形式的特征约束),这种情况下,不仅仅要为类型实现特征 A,还要为类型实现特征 B 才行,这就是 supertrait (实在不知道该如何翻译,有大佬指导下嘛?)

例如有一个特征 OutlinePrint,它有一个方法,能够对当前的实现类型进行格式化输出:

use std::fmt::Display;
trait OutlinePrint: Display {
    fn outline_print(&self) {
        let output = self.to_string();
        let len = output.len();
        println!("{}", "*".repeat(len + 4));
        println!("*{}*", " ".repeat(len + 2));
        println!("* {} *", output);
        println!("*{}*", " ".repeat(len + 2));
        println!("{}", "*".repeat(len + 4));
    }
}

等等,这里有一个眼熟的语法: OutlinePrint: Display,感觉很像之前讲过的特征约束,只不过用在了特征定义中而不是函数的参数中,是的,在某种意义上来说,这和特征约束非常类似,都用来说明一个特征需要实现另一个特征,这里就是:如果你想要实现 OutlinePrint 特征,首先你需要实现 Display 特征。

想象一下,假如没有这个特征约束,那么 self.to_string 还能够调用吗( to_string 方法会为实现 Display 特征的类型自动实现)?编译器肯定是不愿意的,会报错说当前作用域中找不到用于 &Self 类型的方法 to_string :

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}
impl OutlinePrint for Point {}

因为 Point 没有实现 Display 特征,会得到下面的报错:

error[E0277]: the trait bound `Point: std::fmt::Display` is not satisfied
  --> src/main.rs:20:6
   |
20 | impl OutlinePrint for Point {}
   |      ^^^^^^^^^^^^ `Point` cannot be formatted with the default formatter;
try using `:?` instead if you are using a format string
   |
   = help: the trait `std::fmt::Display` is not implemented for `Point`

既然我们有求于编译器,那只能选择满足它咯:

use std::fmt;
impl fmt::Display for Point {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        write!(f, "({}, {})", self.x, self.y)
    }
}

上面代码为 Point 实现了 Display 特征,那么 to_string 方法也将自动实现:最终获得字符串是通过这里的 fmt 方法获得的。

在外部类型上实现外部特征(newtype)

有提到孤儿规则,简单来说,就是特征或者类型必需至少有一个是本地的,才能在此类型上定义特征。

这里提供一个办法来绕过孤儿规则,那就是使用newtype 模式,简而言之:就是为一个元组结构体创建新类型。该元组结构体封装有一个字段,该字段就是希望实现特征的具体类型。

该封装类型是本地的,因此我们可以为此类型实现外部的特征。

newtype 不仅仅能实现以上的功能,而且它在运行时没有任何性能损耗,因为在编译期,该类型会被自动忽略。

use std::fmt;
struct Wrapper(Vec<String>);
impl fmt::Display for Wrapper {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
        write!(f, "[{}]", self.0.join(", "))
    }
}
fn main() {
    let w = Wrapper(vec![String::from("hello"), String::from("world")]);
    println!("w = {}", w);
}

其中,struct Wrapper(Vec) 就是一个元组结构体,它定义了一个新类型 Wrapper,代码很简单,相信大家也很容易看懂。

既然 new type 有这么多好处,它有没有不好的地方呢?答案是肯定的。注意到我们怎么访问里面的数组吗?self.0.join(", "),是的,很啰嗦,因为需要先从 Wrapper 中取出数组: self.0,然后才能执行 join 方法。

类似的,任何数组上的方法,你都无法直接调用,需要先用 self.0 取出数组,然后再进行调用。

当然,解决办法还是有的,要不怎么说 Rust 是极其强大灵活的编程语言!Rust 提供了一个特征叫 Deref,实现该特征后,可以自动做一层类似类型转换的操作,可以将 Wrapper 变成 Vec 来使用。这样就会像直接使用数组那样去使用 Wrapper,而无需为每一个操作都添加上 self.0。

同时,如果不想 Wrapper 暴露底层数组的所有方法,我们还可以为 Wrapper 去重载这些方法,实现隐藏的目的。

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