Rust特征对象

2024-04-28 17:00:18

一、特征对象是什么，有什么用，怎么用

1、特征对象是什么

特征对象指向实现了某种特征的类型的实例，这种映射关系是存储在一张表中，可以在运行时通过特征对象找到具体调用的类型方法

可以通过 & 引用或者 Box 智能指针的方式来创建特征对象。

这个说法太抽象了，我们来看一点例子

2、特征对象有什么用

在Rust特征那一篇文章的最后有一段代码提到

pub trait Summary {
  fn summarize(&self) -> String;
}
pub struct Post {
  pub title: String, // 标题
  pub author: String, // 作者
  pub content: String, // 内容
}

impl Summary for Post {
  fn summarize(&self) -> String {
      format!("文章{}, 作者是{}", self.title, self.author)
  }
}

pub struct Weibo {
  pub username: String,
  pub content: String
}

impl Summary for Weibo {
  fn summarize(&self) -> String {
      format!("{}发表了微博{}", self.username, self.content)
  }
}
fn returns_summarizable(switch: bool) -> impl Summary {
  if switch {
      Post {
          title: String::from(
              "Penguins win the Stanley Cup Championship!",
          ),
          author: String::from("Iceburgh"),
          content: String::from(
              "The Pittsburgh Penguins once again are the best \
               hockey team in the NHL.",
          ),
      }
  } else {
      Weibo {
          username: String::from("horse_ebooks"),
          content: String::from(
              "of course, as you probably already know, people",
          ),
      }
  }
}
fn main() {
 
  _a =returns_summarizable(true);
}

当我们想通过impy trait来企图达到返回多态类型的目的，发现并不允许这样做，会报错。
报错提示我们 if 和 else 返回了不同的类型。要返回相同的类型。

那我们要怎么做？这时候就涉及到特征对象了

3、特征对象怎么用

我们可以通过&和Box智能指针去包住特征对象

特征对象的语法是：dyn+特征类型名称

dyn 关键字只用在特征对象的类型声明上，在创建时无需使用 dyn

那我们可以看看前面的代码怎么修改

（1）Box智能指针类型的代码

pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}
pub struct Post {
    pub title: String,   // 标题
    pub author: String,  // 作者
    pub content: String, // 内容
}

impl Summary for Post {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("文章{}, 作者是{}", self.title, self.author)
    }
}

pub struct Weibo {
    pub username: String,
    pub content: String,
}

impl Summary for Weibo {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{}发表了微博{}", self.username, self.content)
    }
}
fn returns_summarizable(switch: bool) -> Box<dyn Summary> {
    if switch {
        Box::new(Post {
            title: String::from("Penguins win the Stanley Cup Championship!"),
            author: String::from("Iceburgh"),
            content: String::from(
                "The Pittsburgh Penguins once again are the best \
               hockey team in the NHL.",
            ),
        })
    } else {
        Box::new(Weibo {
            username: String::from("horse_ebooks"),
            content: String::from("of course, as you probably already know, people"),
        })
    }
}
fn main() {
    let _a = returns_summarizable(true);
}

可以看到，返回参数类型说明和返回的对象实例的方式都不同

返回参数类型是 Box<dyn Summar （这里的写法看上面的代码吧，我不知道怎么打转义）

返回的实例对象是使用Box::new的形式构建的

（2）&构建特征对象

这个涉及到生命周期问题哈哈改不对，后面再改进这方面，如果有人想知道可以评论区艾特我记得更新哈哈

4、特征对象的动态分发

动态分发(dynamic dispatch)，直到运行时，才能确定需要调用什么方法。之前代码中的关键字 dyn 正是在强调这一“动态”的特点。

但是在返回参数中，他需要唯一确定返回值的大小，而之前imply trait来作为返回参数，当返回不同类型时，大小就不唯一了，所以就报错了。

那么Box<dyn trait是怎么做的呢

Box<dyn trait这个类型的实例大小是固定的。
ptr是一个引用，这个引用的大小是固定的，指向了底层T实例的数据，T是可变的
vptr 指向一个虚表 vtable，vtable 中保存了类型 Button 或类型 SelectBox 的实例对于可以调用的实现于特征 Draw 的方法。当调用方法时，直接从 vtable 中找到方法并调用。

之所以要使用一个 vtable 来保存各实例的方法，是因为实现了特征 Draw 的类型有多种，这些类型拥有的方法各不相同，当将这些类型的实例都当作特征 Draw 来使用时(此时，它们全都看作是特征 Draw 类型的实例)，有必要区分这些实例各自有哪些方法可调用

但是我们用Box<dyn trait传递实例的时候，这个实例仅仅拥有该特征的方法，其它方法（包括原来自己的）无法调用，而实例数据是可以访问的。严格意义上来说，这个Box<dyn trait是特征对象的实例。

5、特征对象的限制

不是所有特征都能拥有特征对象，只有对象安全的特征才行。当一个特征的所有方法都有如下属性时，它的对象才是安全的：

方法的返回类型不能是 Self
方法没有任何泛型参数

6、Self 和self

在 Rust 中，有两个self，一个指代当前的实例对象，一个指代特征或者方法类型的别名：

trait Draw {
    fn draw(&self) -> Self;
}

#[derive(Clone)]
struct Button;
impl Draw for Button {
    fn draw(&self) -> Self {
        return self.clone()
    }
}

fn main() {
    let button = Button;
    let newb = button.draw();
}

上述代码中，self指代的就是当前的实例对象，也就是 button.draw() 中的 button 实例，Self 则指代的是 Button 类型。

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