10.1 trait关键字

trait与具体类型

使用trait定义一个特征：

#![allow(unused)]
fn main() {
trait HasArea {
    fn area(&self) -> f64;
}
}

trait里面的函数可以没有函数体，实现代码交给具体实现它的类型去补充：

struct Circle {
    x: f64,
    y: f64,
    radius: f64,
}

impl HasArea for Circle {
    fn area(&self) -> f64 {
        std::f64::consts::PI * (self.radius * self.radius)
    }
}

fn main() {
    let c = Circle {
        x: 0.0f64,
        y: 0.0f64,
        radius: 1.0f64,
    };
    println!("circle c has an area of {}", c.area());
}

注: &self表示的是area这个函数会将调用者的借代引用作为参数

这个程序会输出：

circle c has an area of 3.141592653589793

trait与泛型

我们了解了Rust中trait的定义和使用，接下来我们介绍一下它的使用场景，从中我们可以窥探出接口这特性带来的惊喜

我们知道泛型可以指任意类型，但有时这不是我们想要的，需要给它一些约束。

泛型的trait约束

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::fmt::Debug;
fn foo<T: Debug>(s: T) {
    println!("{:?}", s);
}
}

Debug是Rust内置的一个trait，为"{:?}"实现打印内容，函数foo接受一个泛型作为参数，并且约定其需要实现Debug

多trait约束

可以使用多个trait对泛型进行约束：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::fmt::Debug;
fn foo<T: Debug + Clone>(s: T) {
    s.clone();
    println!("{:?}", s);
}
}

<T: Debug + Clone>中Debug和Clone使用+连接，标示泛型T需要同时实现这两个trait。

where关键字

约束的trait增加后，代码看起来就变得诡异了，这时候需要使用where从句：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::fmt::Debug;
fn foo<T: Clone, K: Clone + Debug>(x: T, y: K) {
    x.clone();
    y.clone();
    println!("{:?}", y);
}

// where 从句
fn foo<T, K>(x: T, y: K) where T: Clone, K: Clone + Debug {
    x.clone();
    y.clone();
    println!("{:?}", y);
}

// 或者
fn foo<T, K>(x: T, y: K)
    where T: Clone,
          K: Clone + Debug {
    x.clone();
    y.clone();
    println!("{:?}", y);
}
}

trait与内置类型

内置类型如：i32, i64等也可以添加trait实现，为其定制一些功能：

#![allow(unused)]
fn main() {
trait HasArea {
    fn area(&self) -> f64;
}

impl HasArea for i32 {
    fn area(&self) -> f64 {
        *self as f64
    }
}

5.area();
}

这样的做法是有限制的。Rust 有一个“孤儿规则”：当你为某类型实现某 trait 的时候，必须要求类型或者 trait 至少有一个是在当前 crate 中定义的。你不能为第三方的类型实现第三方的 trait 。

在调用 trait 中定义的方法的时候，一定要记得让这个 trait 可被访问。

#![allow(unused)]
fn main() {
let mut f = std::fs::File::open("foo.txt").ok().expect("Couldn’t open foo.txt");
let buf = b"whatever"; //  buf: &[u8; 8]
let result = f.write(buf);
result.unwrap();
}

这里是错误：

error: type `std::fs::File` does not implement any method in scope named `write`
let result = f.write(buf);
               ^~~~~~~~~~

我们需要先use这个Write trait：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::io::Write;

let mut f = std::fs::File::open("foo.txt").expect("Couldn’t open foo.txt");
let buf = b"whatever";
let result = f.write(buf);
result.unwrap(); // ignore the error
}

这样就能无错误地编译了。

trait的默认方法

#![allow(unused)]
fn main() {
trait Foo {
    fn is_valid(&self) -> bool;

    fn is_invalid(&self) -> bool { !self.is_valid() }
}
}

is_invalid是默认方法，Foo的实现者并不要求实现它，如果选择实现它，会覆盖掉它的默认行为。

trait的继承

#![allow(unused)]
fn main() {
trait Foo {
    fn foo(&self);
}

trait FooBar : Foo {
    fn foobar(&self);
}
}

这样FooBar的实现者也要同时实现Foo：

#![allow(unused)]
fn main() {
struct Baz;

impl Foo for Baz {
    fn foo(&self) { println!("foo"); }
}

impl FooBar for Baz {
    fn foobar(&self) { println!("foobar"); }
}
}

derive属性

Rust提供了一个属性derive来自动实现一些trait，这样可以避免重复繁琐地实现他们，能被derive使用的trait包括：Clone, Copy, Debug, Default, Eq, Hash, Ord, PartialEq, PartialOrd

#[derive(Debug)]
struct Foo;

fn main() {
    println!("{:?}", Foo);
}

impl Trait

在版本1.26 开始，Rust提供了impl Trait的写法，作为和Scala 对等的既存型别(Existential Type)的写法。

在下面这个写法中，fn foo()将返回一个实作了Trait的trait。

#![allow(unused)]
fn main() {
//before
fn foo() -> Box<Trait> {
    // ...
}

//after
fn foo() -> impl Trait {
    // ...
}
}

相较于1.25 版本以前的写法，新的写法会在很多场合中更有利于开发和执行效率。

impl Trait 的普遍用例

#![allow(unused)]
fn main() {
trait Trait {
    fn method(&self);
}

impl Trait for i32 {
    // implementation goes here
}

impl Trait for f32 {
    // implementation goes here
}
}

利用Box 会意味：即便回传的内容是固定的，但也会使用到动态内存分配。利用impl Trait 的写法可以避免便用Box。

#![allow(unused)]
fn main() {
//before
fn foo() -> Box<Trait> {
    Box::new(5) as Box<Trait>
}

//after
fn foo() -> impl Trait {
    5
}
}

其他受益的用例

闭包:

#![allow(unused)]
fn main() {
// before
fn foo() -> Box<Fn(i32) -> i32> {
    Box::new(|x| x + 1)
}

// after
fn foo() -> impl Fn(i32) -> i32 {
    |x| x + 1
}
}

传参：

#![allow(unused)]
fn main() {
// before
fn foo<T: Trait>(x: T) {

// after
fn foo(x: impl Trait) {
}