KaiserY · 更新于 2018-11-28 11:00:43

关联类型

associated-types.md
commit 6ba952020fbc91bad64be1ea0650bfba52e6aab4

关联类型是Rust类型系统中非常强大的一部分。它涉及到‘类型族’的概念,换句话说,就是把多种类型归于一类。这个描述可能比较抽象,所以让我们深入研究一个例子。如果你想编写一个Graphtrait,你需要泛型化两个类型:点类型和边类型。所以你可能会像这样写一个trait,Graph<N, E>

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

虽然这可以工作,不过显得很尴尬,例如,任何需要一个Graph作为参数的函数都需要泛型化的Node和Edge类型:

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

我们的距离计算并不需要Edge类型,所以函数签名中E只是写着玩的。

我们需要的是对于每一种Graph类型,都使用一个特定的的Node和Edge类型。我们可以用关联类型来做到这一点:

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,我们使用一个抽象的Graph了:

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

这里不再需要处理Edge类型了。

让我们更详细的回顾一下。

定义关联类型

让我们构建一个Graphtrait。这里是定义:

trait Graph {
    type N;
    type E;

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

十分简单。关联类型使用type关键字,并出现在trait体和函数中。

这些type声明跟函数定义一样。例如,如果我们想N类型实现Display,这样我们就可以打印出点类型,我们可以这样写:

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>;
}

实现关联类型

就像任何 trait,使用关联类型的 trait 用impl关键字来提供实现。下面是一个Graph的简单实现:

# trait Graph {
#     type N;
#     type E;
#     fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
#     fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
# }
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()
    }
}

这个可笑的实现总是返回true和一个空的Vec<Edge>,不过它提供了如何实现这类 trait 的思路。首先我们需要3个struct,一个代表图,一个代表点,还有一个代表边。如果使用别的类型更合理,也可以那样做,我们只是准备使用struct来代表这 3 个类型。

接下来是impl行,它就像其它任何 trait 的实现。

在这里,我们使用=来定义我们的关联类型。trait 使用的名字出现在=的左边,而我们impl的具体类型出现在右边。最后,我们在函数声明中使用具体类型。

trait 对象和关联类型

这里还有另外一个我们需要讨论的语法:trait对象。如果你创建一个关联类型的trait对象,像这样:

# trait Graph {
#     type N;
#     type E;
#     fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
#     fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
# }
# 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()
#     }
# }
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>;
          ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

我们不能这样创建一个trait对象,因为我们并不知道关联的类型。相反,我们可以这样写:

# trait Graph {
#     type N;
#     type E;
#     fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
#     fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
# }
# 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()
#     }
# }
let graph = MyGraph;
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph<N=Node, E=Edge>>;

N=Node语法允许我们提供一个具体类型,Node,作为N类型参数。E=Edge也是一样。如果我们不提供这个限制,我们不能确定应该impl那个来匹配trait对象。

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