10.1 trait關鍵字

trait與具體類型

使用trait定義一個特徵：

trait HasArea {
    fn area(&self) -> f64;
}

trait裡面的函數可以沒有函數體，實現代碼交給具體實現它的類型去補充：

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這個函數會將調用者的借代引用作為參數

這個程序會輸出：

circle c has an area of 3.141592653589793

trait與泛型

我們瞭解了Rust中trait的定義和使用，接下來我們介紹一下它的使用場景，從中我們可以窺探出接口這特性帶來的驚喜

我們知道泛型可以指任意類型，但有時這不是我們想要的，需要給它一些約束。

泛型的trait約束

use std::fmt::Debug;
fn foo<T: Debug>(s: T) {
    println!("{:?}", s);
}

Debug是Rust內置的一個trait，為"{:?}"實現打印內容，函數foo接受一個泛型作為參數，並且約定其需要實現Debug

多trait約束

可以使用多個trait對泛型進行約束：

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

<T: Debug + Clone>中Debug和Clone使用+連接，標示泛型T需要同時實現這兩個trait。

where關鍵字

約束的trait增加後，代碼看起來就變得詭異了，這時候需要使用where從句：

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

// where 從句
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與內置類型

內置類型如：i32, i64等也可以添加trait實現，為其定製一些功能：

trait HasArea {
    fn area(&self) -> f64;
}

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

5.area();

這樣的做法是有限制的。Rust 有一個“孤兒規則”：當你為某類型實現某 trait 的時候，必須要求類型或者 trait 至少有一個是在當前 crate 中定義的。你不能為第三方的類型實現第三方的 trait 。

在調用 trait 中定義的方法的時候，一定要記得讓這個 trait 可被訪問。

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();

這裡是錯誤：

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

我們需要先use這個Write trait：

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

這樣就能無錯誤地編譯了。

trait的默認方法

trait Foo {
    fn is_valid(&self) -> bool;

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

is_invalid是默認方法，Foo的實現者並不要求實現它，如果選擇實現它，會覆蓋掉它的默認行為。

trait的繼承

trait Foo {
    fn foo(&self);
}

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

這樣FooBar的實現者也要同時實現Foo：

struct Baz;

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

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

derive屬性

Rust提供了一個屬性derive來自動實現一些trait，這樣可以避免重複繁瑣地實現他們，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 開始，Rust提供了impl Trait的寫法，作為和Scala 對等的既存型別(Existential Type)的寫法。

在下面這個寫法中，fn foo()將返回一個實作了Trait的trait。

//before
fn foo() -> Box<Trait> {
    // ...
}

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

相較於1.25 版本以前的寫法，新的寫法會在很多場合中更有利於開發和執行效率。

impl Trait 的普遍用例

trait Trait {
    fn method(&self);
}

impl Trait for i32 {
    // implementation goes here
}

impl Trait for f32 {
    // implementation goes here
}

利用Box 會意味：即便回傳的內容是固定的，但也會使用到動態內存分配。利用impl Trait 的寫法可以避免便用Box。

//before
fn foo() -> Box<Trait> {
    Box::new(5) as Box<Trait>
}

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

其他受益的用例

閉包:

// before
fn foo() -> Box<Fn(i32) -> i32> {
    Box::new(|x| x + 1)
}

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

傳參：

// before
fn foo<T: Trait>(x: T) {

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

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