特性
- 特性与接口
- 泛型和多态

特性

特性与接口

为了描述类型可以实现的抽象接口 (abstract interface)， Rust引入了特性 (trait) 来定义函数类型签名 (function type signature)：

1. trait HasArea {
2. fn area(&self) -> f64;
3. }

5. struct Circle {
6. x: f64,
7. y: f64,
8. radius: f64,
9. }

11. impl HasArea for Circle {
12. fn area(&self) -> f64 {
13. std::f64::consts::PI * (self.radius * self.radius)
14. }
15. }

17. struct Square {
18. x: f64,
19. y: f64,
20. side: f64,
21. }

23. impl HasArea for Square {
24. fn area(&self) -> f64 {
25. self.side * self.side
26. }
27. }

29. fn print_area<T: HasArea>(shape: T) {
30. println!("This shape has an area of {}", shape.area());
31. }

其中函数print_area()中的泛型参数T被添加了一个名为HasArea的特性约束 (trait constraint)，用以确保任何实现了HasArea的类型将拥有一个.area()方法。如果需要多个特性限定 (multiple trait bounds)，可以使用+：

1. use std::fmt::Debug;

3. fn foo<T: Clone, K: Clone + Debug>(x: T, y: K) {
4. x.clone();
5. y.clone();
6. println!("{:?}", y);
7. }

9. fn bar<T, K>(x: T, y: K)
10. where T: Clone,
11. K: Clone + Debug
12. {
13. x.clone();
14. y.clone();
15. println!("{:?}", y);
16. }

其中第二个例子使用了更灵活的where从句，它还允许限定的左侧可以是任意类型，而不仅仅是类型参数。

定义在特性中的方法称为默认方法 (default method)，可以被该特性的实现覆盖。此外，特性之间也可以存在继承 (inheritance)：

1. trait Foo {
2. fn foo(&self);

4. // default method
5. fn bar(&self) { println!("We called bar."); }
6. }

8. // inheritance
9. trait FooBar : Foo {
10. fn foobar(&self);
11. }

13. struct Baz;

15. impl Foo for Baz {
16. fn foo(&self) { println!("foo"); }
17. }

19. impl FooBar for Baz {
20. fn foobar(&self) { println!("foobar"); }
21. }

如果两个不同特性的方法具有相同的名称，可以使用通用函数调用语法 (universal function call syntax)：

1. // short-hand form
2. Trait::method(args);

4. // expanded form
5. <Type as Trait>::method(args);

关于实现特性的几条限制：

如果一个特性不在当前作用域内，它就不能被实现。
不管是特性还是impl，都只能在当前的包装箱内起作用。
带有特性约束的泛型函数使用单态化实现 (monomorphization)，所以它是静态派分的 (statically dispatched)。

下面列举几个非常有用的标准库特性：

Drop提供了当一个值退出作用域后执行代码的功能，它只有一个drop(&mut self)方法。
Borrow用于创建一个数据结构时把拥有和借用的值看作等同。
AsRef用于在泛型中把一个值转换为引用。
Deref<Target=T>用于把&U类型的值自动转换为&T类型。
Iterator用于在集合 (collection) 和惰性值生成器 (lazy value generator) 上实现迭代器。
Sized用于标记运行时长度固定的类型，而不定长的切片和特性必须放在指针后面使其运行时长度已知，比如&[T]和Box<Trait>。

泛型和多态

泛型 (generics) 在类型理论中称作参数多态 (parametric polymorphism)，意为对于给定参数可以有多种形式的函数或类型。先看Rust中的一个泛型例子：

Option在rust标准库中的定义:

1. enum Option<T> {
2. Some(T),
3. None,
4. }

Option的典型用法:

1. let x: Option<i32> = Some(5);
2. let y: Option<f64> = Some(5.0f64);

其中<T>部分表明它是一个泛型数据类型。当然，泛型参数也可以用于函数参数和结构体域：

1. // generic functions
2. fn make_pair<T, U>(a: T, b: U) -> (T, U) {
3. (a, b)
4. }
5. let couple = make_pair("man", "female");

7. // generic structs
8. struct Point<T> {
9. x: T,
10. y: T,
11. }
12. let int_origin = Point { x: 0, y: 0 };
13. let float_origin = Point { x: 0.0, y: 0.0 };

对于多态函数，存在两种派分 (dispatch) 机制：静态派分和动态派分。前者类似于C++的模板，Rust会生成适用于指定类型的特殊函数，然后在被调用的位置进行替换，好处是允许函数被内联调用，运行比较快，但是会导致代码膨胀 (code bloat)；后者类似于Java或Go的interface，Rust通过引入特性对象 (trait object) 来实现，在运行期查找虚表 (vtable) 来选择执行的方法。特性对象&Foo具有和特性Foo相同的名称，通过转换 (casting) 或者强制多态化 (coercing) 一个指向具体类型的指针来创建。

当然，特性也可以接受泛型参数。但是，往往更好的处理方式是使用关联类型 (associated type)：

1. // use generic parameters
2. trait Graph<N, E> {
3. fn has_edge(&self, &N, &N) -> bool;
4. fn edges(&self, &N) -> Vec<E>;
5. }

7. fn distance<N, E, G: Graph<N, E>>(graph: &G, start: &N, end: &N) -> u32 {

9. }

11. // use associated types
12. trait Graph {
13. type N;
14. type E;

16. fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
17. fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
18. }

20. fn distance<G: Graph>(graph: &G, start: &G::N, end: &G::N) -> uint {

22. }

24. struct Node;

26. struct Edge;

28. struct SimpleGraph;

30. impl Graph for SimpleGraph {
31. type N = Node;
32. type E = Edge;

34. fn has_edge(&self, n1: &Node, n2: &Node) -> bool {

36. }

38. fn edges(&self, n: &Node) -> Vec<Edge> {

40. }
41. }

43. let graph = SimpleGraph;
44. let object = Box::new(graph) as Box<Graph<N=Node, E=Edge>>;