为啥我要在特征上实现方法而不是作为特征的一部分？

Posted 2023-02-18

【中文标题】为啥我要在特征上实现方法而不是作为特征的一部分？

【英文标题】：Why would I implement methods on a trait instead of as part of the trait?为什么我要在特征上实现方法而不是作为特征的一部分？

【发布时间】：2016-03-30 01:40:58

【问题描述】：

在尝试更好地理解 Any 特征时，我看到了 has an impl block for the trait itself。我不明白这个构造的目的，或者即使它有一个特定的名称。

我用“正常”特征方法和impl 块中定义的方法做了一个小实验：

trait Foo 
    fn foo_in_trait(&self) 
        println!("in foo")
    


impl dyn Foo 
    fn foo_in_impl(&self) 
        println!("in impl")
    


impl Foo for u8 

fn main() 
    let x = Box::new(42u8) as Box<dyn Foo>;
    x.foo_in_trait();
    x.foo_in_impl();

    let y = &42u8 as &dyn Foo;
    y.foo_in_trait();
    y.foo_in_impl(); // May cause an error, see below

编者注

在 Rust 1.15.0 及之前的版本中，该行 y.foo_in_impl() 导致错误：

error: borrowed value does not live long enough
  --> src/main.rs:20:14
   |
20 |     let y = &42u8 as &Foo;
   |              ^^^^ does not live long enough
...
23 | 
   | - temporary value only lives until here
   |
   = note: borrowed value must be valid for the static lifetime...

此错误在后续版本中不再存在，但 答案中解释的概念仍然有效。

从这个有限的实验来看，impl 块中定义的方法似乎比trait 块中定义的方法更严格。这样做可能会解锁一些额外的东西，但我只是还不知道它是什么！ ^_^

traits 和 trait objects 上的 Rust 编程语言 部分没有提及这一点。搜索 Rust 源代码本身，似乎只有 Any 和 Error 使用此特定功能。在我查看源代码的少数 crate 中，我没有看到它使用过。

【问题讨论】：

非常有趣的问题！特征块中的Self 是Foo 和impl 块中的Self 是Foo + 'static ...

【参考方案1】：

当你定义一个名为 Foo 的 trait 可以被制作成一个对象时，Rust 还定义了一个名为 dyn Foo 的 trait 对象类型。在旧版本的 Rust 中，这种类型仅称为 Foo（请参阅 What does "dyn" mean in a type?）。为了向后兼容这些旧版本，Foo 仍然可以命名 trait 对象类型，尽管 dyn 语法应该用于新代码。

特征对象有一个生命周期参数，它指定了实现者生命周期参数中最短的一个。要指定该生命周期，请将类型写为 dyn Foo + 'a。

当你写impl dyn Foo （或者只是使用旧语法impl Foo ）时，你没有指定生命周期参数，它默认为'static。编译器对y.foo_in_impl(); 语句的注释暗示了这一点：

注意：借用的值必须在静态生命周期内有效...

为了让这更宽容，我们要做的就是在任何生命周期内编写一个通用的impl：

impl<'a> dyn Foo + 'a 
    fn foo_in_impl(&self)  println!("in impl") 

现在，请注意foo_in_impl 上的self 参数是一个借用的指针，它有自己的生命周期参数。 self 的类型在其完整形式中类似于 &'b (dyn Foo + 'a)（由于运算符优先级，括号是必需的）。一个Box<u8> 拥有它的u8——它不借用任何东西——所以你可以用它创建一个&(dyn Foo + 'static)。另一方面，&42u8 创建了一个&'b (dyn Foo + 'a)，其中'a 不是'static，因为42u8 被放入堆栈上的一个隐藏变量中，并且特征对象借用了这个变量。 （不过，这并没有什么意义；u8 没有借用任何东西，所以它的Foo 实现应该始终与dyn Foo + 'static 兼容...42u8 从堆栈中借用的事实应该会影响'b，不是'a。）

要注意的另一件事是 trait 方法是多态的，即使它们具有默认实现并且它们没有被覆盖，而 trait 对象上的固有方法是单态的（只有一个函数，无论 trait 背后是什么） .例如：

use std::any::type_name;

trait Foo 
    fn foo_in_trait(&self)
    where
        Self: 'static,
    
        println!("", type_name::<Self>());
    


impl dyn Foo 
    fn foo_in_impl(&self) 
        println!("", type_name::<Self>());
    


impl Foo for u8 
impl Foo for u16 

fn main() 
    let x = Box::new(42u8) as Box<dyn Foo>;
    x.foo_in_trait();
    x.foo_in_impl();

    let x = Box::new(42u16) as Box<Foo>;
    x.foo_in_trait();
    x.foo_in_impl();

样本输出：

u8
dyn playground::Foo
u16
dyn playground::Foo

在 trait 方法中，我们得到底层类型的类型名称（这里是 u8 或 u16），因此我们可以得出结论，&self 的类型会因一个实现者而异（它' 将是 &u8 用于 u8 实现者和 &u16 用于 u16 实现者 - 不是特征对象）。但是，在固有方法中，我们得到了dyn Foo（+ 'static）的类型名称，因此我们可以得出&self的类型始终是&dyn Foo（一个trait对象）。

【参考方案2】：

我怀疑原因很简单：可能被覆盖还是不被覆盖？

trait 块中实现的方法可以被trait 的实现者覆盖，它只是提供一个默认值。

另一方面，在 impl 块中实现的方法不能被覆盖。

如果这个推理是正确的，那么您为 y.foo_in_impl() 得到的错误只是缺乏修饰：它应该有效。 请参阅 Francis Gagné 关于与交互的更完整的答案生命周期。

【讨论】：

您的回答在某种意义上更好。它预先回答了疑问的核心部分。复杂的细节可以遵循，但主要思想是预先提出的；另一个答案是相反的。