如何从特征对象中获取对具体类型的引用？

Posted 2023-02-18

【中文标题】如何从特征对象中获取对具体类型的引用？

【英文标题】：How to get a reference to a concrete type from a trait object?

【发布时间】：2016-02-14 17:19:48

【问题描述】：

如何从该代码中的a 变量中获取Box<B> 或&B 或&Box<B>：

trait A 

struct B;
impl A for B 

fn main() 
    let mut a: Box<dyn A> = Box::new(B);
    let b = a as Box<B>;

此代码返回错误：

error[E0605]: non-primitive cast: `std::boxed::Box<dyn A>` as `std::boxed::Box<B>`
 --> src/main.rs:8:13
  |
8 |     let b = a as Box<B>;
  |             ^^^^^^^^^^^
  |
  = note: an `as` expression can only be used to convert between primitive types. Consider using the `From` trait

【参考方案1】：

在 Rust 中有两种方法可以进行向下转换。第一种是使用Any。请注意，此 only 允许您向下转换为确切的原始具体类型。像这样：

use std::any::Any;

trait A 
    fn as_any(&self) -> &dyn Any;


struct B;

impl A for B 
    fn as_any(&self) -> &dyn Any 
        self
    


fn main() 
    let a: Box<dyn A> = Box::new(B);
    // The indirection through `as_any` is because using `downcast_ref`
    // on `Box<A>` *directly* only lets us downcast back to `&A` again.
    // The method ensures we get an `Any` vtable that lets us downcast
    // back to the original, concrete type.
    let b: &B = match a.as_any().downcast_ref::<B>() 
        Some(b) => b,
        None => panic!("&a isn't a B!"),
    ;

另一种方法是在基本特征（在本例中为A）上为每个“目标”实现一个方法，并为每个所需的目标类型实现转换。

---

等等，我们为什么需要as_any？

即使您将Any 添加为A 的要求，它仍然无法正常工作。第一个问题是Box<dyn A> 中的A 将也 实现Any... 这意味着当您调用downcast_ref 时，您实际上会在对象类型@ 上调用它987654334@。 Any 只能向下转换为调用它的类型，在本例中为A，因此您只能向下转换为您已经拥有的&dyn A。

但是某处中的底层类型有一个Any 的实现，对吧？嗯，是的，但你无法做到这一点。 Rust 不允许你从&dyn A“交叉转换”到&dyn Any。

那是as_any的用途；因为它只在我们的“具体”类型上实现，所以编译器不会混淆它应该调用哪一个。在&dyn A 上调用它会使其动态分派到具体实现（同样，在本例中为B::as_any），它使用Any 的实现为B 返回一个&dyn Any，这就是我们想要。

请注意，您可以通过不使用A 完全来回避整个问题。具体来说，以下内容也可以工作：

fn main() 
    let a: Box<dyn Any> = Box::new(B);
    let _: &B = match a.downcast_ref::<B>() 
        Some(b) => b,
        None => panic!("&a isn't a B!")
    ;    

但是，这使您无法使用任何其他方法； 所有你可以在这里做的是向下转换为具体类型。

作为潜在兴趣的最后一点，mopa crate 允许您将Any 的功能与您自己的特征结合起来。

【讨论】：

值得指出为什么需要as_any 函数。这是为B 实现的，并采用&B 类型的参数self，将其转换为&Any，稍后可以转换回&B。如果将a.as_any() 替换为(&*a as &Any)，则只能将其转换回转换为&Any 的类型，即&A。 &A 和 &B 不是一回事，因为它们有不同的 v-tables。

我一直在寻找这个答案一整天。有时 Rust 感觉非常违反直觉。

对于下一个谷歌用户：使用downcast-rs crate 可能会更容易。

【参考方案2】：

应该清楚，如果有另一个类型 C 实现 A 并且您尝试将 Box<C> 转换为 Box<B>，则转换可能会失败。我不知道您的情况，但在我看来，您似乎正在将其他语言（如 Java）的技术引入 Rust。我从来没有在 Rust 中遇到过这种问题——也许你的代码设计可以改进以避免这种类型的转换。

如果您愿意，您可以使用mem::transmute“投射”几乎任何东西。可悲的是，如果我们只想将Box<A> 转换为Box<B> 或&A 转换为&B，就会遇到问题，因为指向trait 的指针实际上是由两个指针组成的胖指针：一个到实际对象，一个到 vptr。如果我们将其转换为 struct 类型，我们可以忽略 vptr。请记住，这个解决方案非常不安全并且非常hacky——我不会在“真实”代码中使用它。

let (b, vptr): (Box<B>, *const ()) = unsafe  std::mem::transmute(a) ;

编辑：去他妈的，它比我想象的更不安全。如果您想以这种方式正确执行此操作，则必须使用std::raw::TraitObject。不过，这仍然不稳定。我认为这对 OP 没有任何用处；不要使用它！

在这个非常相似的问题中有更好的选择：How to match trait implementors

【讨论】：

感谢您的回答。我正在尝试了解如何应对这种情况。很高兴了解可能的解决方案。