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极客学院团队出品 · 更新于 2018-06-19 14:01:25

关联类型

关联类型是 Rust 的类型系统一个强大的部分。它们与一个“类型家族”的概念有关,换句话说,就是将多种类型组合在一起。这样描述有点抽象,所以让我们深入理解一个例子。如果你想写一个特征,名字为 Graph ,你有2种类型是通用的:节点类型和边类型。所以你可以写一个特征 ,Graph<N, E>,看起来像这样:

trait Graph<N, E> {
fn has_edge(&self, &N, &N) -> bool;
fn edges(&self, &N) -> Vec<E>;
// etc
}

但是这类代码结束的不太合适。例如,任何想要以 Graph 为参数的函数,现在也需要在节点和边类型上是通用的:

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

我们的距离计算与我们的类型 Edge 无关,所以填充在声明中的 E 只是一个无关变量。

我们真正想说的是,边 Edge 和 Node 类型一起构成 Graph 类。我们可以称它们为关联类型:

trait Graph {
type N;
type E;

fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
// etc
}

现在,我们的客户端可以抽象出一个给定的 Graph:

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

这里不需要处理 Edge 类型!

让我们更详细地去学习这些知识。

定义关联类型

让我们构建特征 Graph。这里是它的定义:

trait Graph {
type N;
type E;

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

这很简单。关联类型要在特征函数体内使用 type 关键字。    

这些 type 声明可以有和函数一样的功能。例如,如果我们希望我们的 N 类型实现 Display,所以我们可以打印节点,我们可以这样做:

use std::fmt;

trait Graph {
type N: fmt::Display;
type E;

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

关联类型的实现

就像任何特征,使用关联类型的特征要使用 impl 关键字提供实现。这是一个Graph 的简单实现:

struct Node;

struct Edge;

struct MyGraph;

impl Graph for MyGraph {
type N = Node;
type E = Edge;

fn has_edge(&self, n1: &Node, n2: &Node) -> bool {
true
}

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

这个简单的实现总是返回 true 和一个空的 Vec <Edge>,但它给了你一个如何实现这种功能的办法。我们首先需要三个struct,一个图,一个节点,一个边。如果使用不同的类型,那也行,我们只是要用所有这三个变量的 struct。    

接下来是 impl,它就像实现任何其他特征一样。    

在这里,我们使用 = 定义我们的关联类型。特征使用的名字放在 = 的左侧,我们实现的具体类型放在 = 右边。最后,我们使用函数中声明的具体类型。

关联类型的特征对象

还有一个语法我们应该谈论一下:特征对象。如果你想创建一个关联类型的特征对象,如下:

let graph = MyGraph;
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph>;

你会得到两个错误:

error: the value of the associated type `E` (from the trait `main::Graph`) must
be specified [E0191]
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph>;

24:44 error: the value of the associated type `N` (from the trait
`main::Graph`) must be specified [E0191]
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph>;

我们不能像这样创建一个特征对象,因为我们不知道关联类型。相反,我们可以写:

let graph = MyGraph;
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph<N=Node, E=Edge>>;

N=Node 语法允许我们为 N 类型参数提供一个具体的类型,Node。E=Edge 也一样。如果我们没有提供这个约束,我们无法确定哪一个 impl 与这个特征对象相匹配。

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