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Rust泛型与特性

news 来源：原创 2025/8/26 13:54:31

文章目录

- 泛型
- - 函数中的泛型
  - 结构体与枚举中的泛型
  - 特性（trait）
  - 默认特性
  - - Trait作为参数
    - 特性做返回值
- 给结构体实现方法

泛型

泛型编程是现代编程语言中重要的机制

C++是通过模板来实现泛型的，而C语言中是没有泛型的

泛型是用来表达抽象类型的机制，用于功能确定，但是数据类型不确定的类型

函数中的泛型

下面这个是没有泛型版本的取数组中最大值的函数

fn max(array: &[i32]) -> i32 {let mut max_index = 0;let mut i = 1;while i < array.len() {if array[i] > array[max_index] {max_index = i;}i += 1;}array[max_index]
}fn main() {let a = [2, 4, 6, 3, 1];println!("max = {}", max(&a));
}

显然只能对i32类型的数字进行选择，如果使用泛型，就是这样的

fn max<T>(array: &[T]) -> T {let mut max_index = 0;let mut i = 1;while i < array.len() {if array[i] > array[max_index] {max_index = i;}i += 1;}array[max_index]
}

我们只需要在函数后面加上<T>即可表示一个泛型类型

结构体与枚举中的泛型

结构体和枚举中也是可以使用泛型的

struct Point<T> {x: T,y: T
}

rust中自带的option和result枚举就是泛型枚举

enum Option<T> {Some(T),None,
}enum Result<T, E> {Ok(T),Err(E),
}

结构体和枚举都是定义泛型的，而两者都可以实现方法，那么方法也应该可以实现泛型

struct Point<T> {x: T,y: T,
}impl<T> Point<T> {fn x(&self) -> &T {&self.x}
}fn main() {let p = Point { x: 1, y: 2 };println!("p.x = {}", p.x());
}

需要注意的是，impl之后必须要有泛型的定义，在imple之中也可以定义其他泛型的方法

impl<T, U> Point<T, U> {fn mixup<V, W>(self, other: Point<V, W>) -> Point<T, W> {Point {x: self.x,y: other.y,}}
}

特性（trait）

这个概念其实类似于接口，是一种行为规范，类似于C++中的接口类（但不完全相同），用于标识一个类有哪些方法

例如

trait Descriptive {fn describe(&self) -> String;
}

这就意味着，如果我们想要用这个trait，就必须要实现descirbe这个方法

例如

struct Person {name: String,age: u8
}impl Descriptive for Person {fn describe(&self) -> String {format!("{} {}", self.name, self.age)}
}

在这个例子中，我们实现了一个结构体（Persion），我们想让这个结构体拥有Descriptive这个特性（trait），但是这个trait要求必须实现describe方法，因此我们impl实现了一下

格式就是

impl <特性名> for <所实现的类型名>

Rust的一个结构体（一个类）可以有多个Trait

但是我们使用impl语句一次只能定义一个Trait

默认特性

我们可以给特性定义方法，这些方法称为默认方法

我们在给对象实现Trait的时候，可以不实现默认方法，这样就是直接用的

如果在给类实现Trait的时候，重写了对应的方法，那么调用的时候就是调用重写的方法

这里我们来讲一讲Rust的设计理念

在C++中，类可以定义成员变量和成员函数，但是到了Rust，把成员变量全部归给类结构体，只负责保存字段，而Trait则只负责定义行为，也就是成员函数

那我们在定义Trait的时候其实就类似于定义C++的接口类

既可以定义纯虚函数，也可以定义普通的虚函数

当我们给结构体赋予Trait的时候，就可以重写

这样做的好处是什么

显而易见的是Trait可以被复用了，多个struct可以实现同一个Trait

在Rust中是没有继承这个概念的，因为他不像传统的面向对象语言，在Rust中主要是通过组合和多态来实现功能的，又由于Trait比传统的多态的功能更加强大，所以Rust采用了这种思路

示例代码如下

trait Descriptive {fn describe(&self) -> String {String::from("[Object]")}
}struct Person {name: String,age: u8
}impl Descriptive for Person {fn describe(&self) -> String {format!("{} {}", self.name, self.age)}
}fn main() {let cali = Person {name: String::from("Cali"),age: 24};println!("{}", cali.describe());
}

Trait作为参数

有时候我们需要传递一个函数作为参数，例如回调函数，在C++中是通过传递函数对象实现的，但是在Rust中我们可以传递特性

例如

fn output(object: impl Descriptive) {println!("{}", object.describe());
}

也可以通过泛型的语法糖，类似于C++中的特化模板

fn output_two<T: Descriptive>(arg1: T, arg2: T) {println!("{}", arg1.describe());println!("{}", arg2.describe());
}

如果特性作为参数时涉及多个特性，可以用+来连接，例如

fn notify(item: impl Summary + Display)
fn notify<T: Summary + Display>(item: T)

这种使用方法只能用于标识类型，在语句中时不能使用的

有时候特性会非常多，可以用下面的方法来简化

fn some_function<T, U>(t: T, u: U) -> i32where T: Display + Clone,U: Clone + Debug

那我们最终实现的最大值就可以这样写

trait Comparable {fn compare(&self, object: &Self) -> i8;
}fn max<T: Comparable>(array: &[T]) -> &T {let mut max_index = 0;let mut i = 1;while i < array.len() {if array[i].compare(&array[max_index]) > 0 {max_index = i;}i += 1;}&array[max_index]
}impl Comparable for f64 {fn compare(&self, object: &f64) -> i8 {if &self > &object { 1 }else if &self == &object { 0 }else { -1 }}
}fn main() {let arr = [1.0, 3.0, 5.0, 4.0, 2.0];println!("maximum of arr is {}", max(&arr));
}

特性做返回值

我们不能单独返回特性，只能够返回具有特性的实例，因此如果多个结构体实现了同一个特性，就需要确保返回值是相同类型的实例，并且也必须是实现了特性的对象才能返回

fn person() -> impl Descriptive {Person {name: String::from("Cali"),age: 24}
}

给结构体实现方法

impl还可以给结构体赋予方法，并且可以要求实现的先后顺序

struct A<T> {}impl<T: B + C> A<T> {fn d(&self) {}
}

这个意思是要给泛型A赋予一个方法d，但是这个方法必须要在实现了B和C之后才能实现

Rust泛型与特性

文章目录泛型函数中的泛型结构体与枚举中的泛型特性（trait）默认特性Trait作为参数特性做返回值给结构体实现方法泛型泛型编程是现代编程语言中重要的机制 C是通过模板来实现泛型的，而C语言中是没有泛型的泛型是用来表达抽象类型的机制…...

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