泛型、Trait、生命周期一、提取函數消除重覆 fn main() { let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65]; let mut largest = number_list[0]; for number in number_list { if num ...

泛型、Trait、生命周期

一、提取函數消除重覆

fn main() {
  let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];
  let mut largest = number_list[0];
  for number in number_list {
    if number > largest {
      largest = number;
    }
  }
  
  println!("The largest number is {}", largest);
}

重覆代碼

重覆代碼的危害：
- 容易出錯
- 需求變更時需要在多處進行修改
消除重覆：提取函數

fn largest(list: &[i32]) -> i32 {
  let mut largest = list[0];
  for &item in list { // &item 解構
    if item > largest {
      largest = item;
    }
  }
  largest
}

fn main() {
  let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];
  let result = largest(&number_list);
  println!("The largest number is {}", result);
  
  let number_list = vec![102, 34, 6000, 89, 54, 2, 43, 8];
  let result = largest(&number_list);
  println!("The largest number is {}", result);
}

消除重覆的步驟

識別重覆代碼
提取重覆代碼到函數體中，併在函數簽名中指定函數的輸入和返回值
將重覆的代碼使用函數調用進行替代

二、泛型

泛型

泛型：提高代碼復用能力
- 處理重覆代碼的問題
泛型是具體類型或其它屬性的抽象代替：
- 你編寫的代碼不是最終的代碼，而是一種模版，裡面有一些“占位符”
- 編譯器在編譯時將“占位符”替換為具體的類型
例如：fn largest<T>(list: &[T]) -> T {...}
類型參數：
- 很短，通常一個字母
- CamelCase
- T：type 的縮寫

函數定義中的泛型

泛型函數：
- 參數類型
- 返回類型

fn largest<T>(list: &[T]) -> T {
  let mut largest = list[0];
  for &item in list { 
    if item > largest {  // 比較 報錯 ToDo 
      largest = item;
    }
  }
  largest
}

fn main() {
  let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];
  let result = largest(&number_list);
  println!("The largest number is {}", result);
  
  let char_list = vec!['y', 'm', 'a', 'q'];
  let result = largest(&char_list);
  println!("The largest number is {}", result);
}

Struct 定義中的泛型

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

struct Point1<T, U> {
  x: T,
  y: U,
}

fn main() {
  let integer = Point {x: 5, y: 10};
  let float = Point(x: 1.0, y: 4.0);
  
  let integer1 = Point1 {x: 5, y: 10.0};
}

可以使用多個泛型的類型參數
- 太多類型參數：你的代碼需要重組為多個更小的單元

Enum 定義中的泛型

可以讓枚舉的變體持有泛型數據類型
- 例如 Option<T>，Result<T, E>

enum Option<T> {
  Some(T),
  None,
}

enum Result<T, E> {
  Ok(T),
  Err(E),
}

fn main() {}

方法定義中的泛型

為 struct 或 enum 實現方法的時候，可在定義中使用泛型

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

impl<T> Point<T> {
  fn x(&self) -> &T {
    &self.x
  }
}

impl Point<i32> {
  fn x1(&self) -> &i32 {
    &self.x
  }
}

fn main() {
  let p = Point {x: 5, y: 10};
  println!("p.x = {}", p.x());
}

註意：
- 把 T 放在 impl 關鍵字後，表示在類型 T 上實現方法
  - 例如： impl<T> Point<T>
- 只針對具體類型實現方法（其餘類型沒實現方法）：
  - 例如：impl Point<f32>
struct 里的泛型類型參數可以和方法的泛型類型參數不同

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

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,
    }
  }
}

fn main() {
  let p1 = Point {x: 5, y: 4};
  let p2 = Point {x: "Hello", y: 'c'};
  let p3 = p1.mixup(p2);
  
  println!("p3.x = {}, p3.y = {}", p3.x, p3.y);
}

泛型代碼的性能

使用泛型的代碼和使用具體類型的代碼運行速度是一樣的。
單態化（monomorphization）：
- 在編譯時將泛型替換為具體類型的過程

fn main() {
  let integer = Some(5);
  let float = Some(5.0);
}

enum Option_i32 {
  Some(i32),
  None,
}

enum Option_f64 {
  Some(f64),
  None,
}

fn main() {
  let integer = Option_i32::Some(5);
  let float = Option_f64::Some(5.0);
}

三、Trait（上）

Trait

Trait 告訴 Rust 編譯器：
- 某種類型具有哪些並且可以與其它類型共用的功能
Trait：抽象的定義共用行為
Trait bounds（約束）：泛型類型參數指定為實現了特定行為的類型
Trait 與其它語言的介面（Interface）類似，但有些區別

定義一個 Trait

Trait 的定義：把方法簽名放在一起，來定義實現某種目的所必需的一組行為。
- 關鍵字：trait
- 只有方法簽名，沒有具體實現
- trait 可以有多個方法：每個方法簽名占一行，以 ; 結尾
- 實現該 trait 的類型必須提供具體的方法實現

pub trait Summary {
  fn summarize(&self) -> String;
}

// NewsArticle
// Tweet

fn main() {}

在類型上實現 trait

與為類型實現方法類似
不同之處：
- impl xxxx for Tweet {...}
- 在 impl 的塊里，需要對 Trait 里的方法簽名進行具體的實現

lib.rs 文件

pub trait Summary {
  fn summarize(&self) -> String;
}

pub struct NewsArticle {
  pub headline: String,
  pub location: String,
  pub author: String,
  pub content: String,
}

impl Summary for NewsArticle {
  fn summarize(&self) -> String {
    format!("{}, by {} ({})", self.headline, self.author, self.location)
  }
}

pub struct Tweet {
  pub username: String,
  pub content: String,
  pub reply: bool,
  pub retweet: bool,
}

impl Summary for Tweet {
  fn summarize(&self) -> String {
    format!("{}: {}", self.username, self.content)
  }
}

main.rs 文件

use demo::Summary;
use demo::Tweet;

fn main() {
  let tweet = Tweet {
    username: String::from("horse_ebooks"),
    content: String::from("of course, as you probably already know, people"),
    reply: false,
    retweet: false,
  };
  
  println!("1 new tweet: {}", tweet.summarize())
}

實現 trait 的約束

可以在某個類型上實現某個 trait 的前提條件是：
- 這個類型或這個 trait 是在本地 crate 里定義的
無法為外部類型來實現外部的 trait：
- 這個限制是程式屬性的一部分（也就是一致性）
- 更具體地說是孤兒規則：之所以這樣命名是因為父類型不存在
- 此規則確保其他人的代碼不能破壞您的代碼，反之亦然
- 如果沒有這個規則，兩個crate 可以為同一類型實現同一個 trait，Rust就不知道應該使用哪個實現了

預設實現

lib.rs 文件

pub trait Summary {
  // fn summarize(&self) -> String;
  fn summarize(&self) -> String {
    String::from("(Read more...)")
  }
}

pub struct NewsArticle {
  pub headline: String,
  pub location: String,
  pub author: String,
  pub content: String,
}

impl Summary for NewsArticle {
  // fn summarize(&self) -> String {
   // format!("{}, by {} ({})", self.headline, self.author, self.location)
  // }
}

pub struct Tweet {
  pub username: String,
  pub content: String,
  pub reply: bool,
  pub retweet: bool,
}

impl Summary for Tweet {
  fn summarize(&self) -> String {
    format!("{}: {}", self.username, self.content)
  }
}

main.rs 文件

use demo::NewsArticle;
use demo::Summary;

fn main() {
  let article = NewsArticle {
    headline: String::from("Penguins win the Stanley Cup Championship!"),
    content: String::from("The pittsburgh penguins once again are the best hockey team in the NHL."),
    author: String::from("Iceburgh"),
    location: String::from("Pittsburgh, PA, USA"),
  };
  
  println!("1 new tweet: {}", article .summarize())
}

預設實現的方法可以調用 trait 中其它的方法，即使這些方法沒有預設實現。

pub trait Summary {
  fn summarize_author(&self) -> String;
  
  fn summarize(&self) -> String {
    format!("Read more from {} ...", self.summarize_author())
  }
}

pub struct NewsArticle {
  pub headline: String,
  pub location: String,
  pub author: String,
  pub content: String,
}

impl Summary for NewsArticle {
  fn summarize_author(&self) -> String {
    format!("@{}", self.author)
  }
}

無法從方法的重寫實現裡面調用預設的實現

四、Trait（下）

Trait 作為參數

pub fn notify(item: impl Summary) {
  println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}

impl Trait 語法：適用於簡單情況
Trait bound 語法：可用於複雜情況
- impl Trait 語法是 Trait bound 的語法糖

pub fn notify<T: Summary>(item: T) {
  println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}

使用 + 指定多個 Trait bound

pub fn notify(item: impl Summary + Display) {
  println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}

pub fn notify<T: Summary + Display>(item: T) {
  println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}

Trait bound 使用where 子句
- 在方法簽名後指定 where 子句

pub fn notify<T: Summary + Display, U: Clone + Debug>(a: T, b: U) -> String {
  format!("Breaking news! {}", a.summarize())
}

pub fn notify<T, U>(a: T, b: U) -> String
where 
	T: Summary + Display, 
	U: Clone + Debug,
{
  format!("Breaking news! {}", a.summarize())
}

實現 Trait 作為返回類型

impl Trait 語法

pub fn notify1(s: &str) -> impl Summary {
  NewsArticle {
    headline: String::from("Penguins win the Stanley Cup Championship!"),
    content: String::from("The Pittsburgh Penguins once again are the best hockey team in the NHL."),
    author: String::from("Iceburgh"),
    location: String::from("Pittsburgh, PA, USA"),
  }
}

註意： impl Trait 只能返回確定的同一種類型，返回可能不同類型的代碼會報錯

使用 Trait Bound 的例子

例子：使用 Trait Bound 修複 largest 函數

fn largest<T: PartialOrd + Clone>(list: &[T]) -> T {
  let mut largest = list[0].clone();
  
  for item in list.iter() {
    if item > &largest { // std::cmp::ParticalOrd
      largest = item.clone();
    }
  }
  
  largest
}

fn main() {
  let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];
  let result = largest(&number_list);
  println!("The largest number is {}", result);
  
  let char_list = vec!['y', 'm', 'a', 'q'];
  let result = largest(&char_list);
  println!("The largest char is {}", result)
}


fn largest<T: PartialOrd + Clone>(list: &[T]) -> &T {
  let mut largest = &list[0];
  
  for item in list.iter() {
    if item > &largest { // std::cmp::ParticalOrd
      largest = item;
    }
  }
  
  largest
}

fn main() {
  let str_list = vec![String::from("hello"), String::from("world")];
  let result = largest(&str_list);
  println!("The largest word is {}", result);
  
}

使用 Trait Bound 有條件的實現方法

在使用泛型類型參數的 impl 塊上使用 Trait Bound，我們可以有條件的為實現了特定 Trait的類型來實現方法

use std::fmt::Display;

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

impl<T> Pair<T> {
  fn new(x: T, y: T) -> Self {
    Self {x, y}
  }
}

impl<T: Display + PartialOrd> Pair<T> {
  fn cmp_display(&self) {
    if self.x >= self.y {
      println!("The largest member is x = {}", self.x);
    } else {
      println!("The largest member is y = {}", self.y);
    }
  }
}

也可以為實現了其它Trait的任意類型有條件的實現某個Trait
為滿足Trait Bound 的所有類型上實現 Trait 叫做覆蓋實現（blanket implementations）

fn main() {
  let s = 3.to_string();
}

五、生命周期（1/4）

生命周期

Rust的每個引用都有自己的生命周期
生命周期：引用保持有效的作用域
大多數情況：生命周期是隱式的、可被推斷的
當引用的生命周期可能以不同的方式互相關聯時：手動標註生命周期。

生命周期 - 避免懸垂引用(dangling regerence)

生命周期的主要目標：避免懸垂引用(dangling regerence)

fn main() {
  {
    let r;
    {
      let x = 5;
      r = &x; // 報錯
    }
    println!("r: {}", r);
  }
}

借用檢查器

Rust編譯器的借用檢查器：比較作用域來判斷所有的借用是否合法。

fn main() {
  let x = 5;
  let r = &x;
  
  println!("r: {}", r);
}

函數中的泛型生命周期

fn main() {
  let string1 = String::from("abcd");
  let string2 = "xyz";
  
  let result = longest(string1.as_str(), string2);
  
  println!("The longest string is {}", result);
}

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
  if x.len() > y.len() {
    x
  } else {
    y
  }
}

六、生命周期（2/4）

生命周期標註語法

生命周期的標註不會改變引用的生命周期長度
當指定了泛型生命周期參數，函數可以接收帶有任何生命周期的引用
生命周期的標註：描述了多個引用的生命周期間的關係，但不影響生命周期

生命周期標註 - 語法

生命周期參數名：
- 以 ' 開頭
- 通常全小寫且非常短
- 很多人使用 'a
生命周期標註的位置：
- 在引用的 & 符號後
- 使用空格將標註和引用類型分開

生命周期標註 - 例子

&i32 // 一個引用
&'a i32 // 帶有顯示生命周期的引用
&'a mut i32 // 帶有顯示生命周期的可變引用
單個生命周期標註本身沒有意義

函數簽名中的生命周期標註

泛型生命周期參數聲明在：函數名和參數列表之間的 <>里
生命周期 'a 的實際生命周期是：x 和 y 兩個生命周期中較小的那個

fn main() {
  let string1 = String::from("abcd");
  let result;
  {
    let string2 = String::from("xyz");
    let result = longest(string1.as_str(), string2.as_str());  // 報錯 string2
  }
 
  println!("The longest string is {}", result);
}

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
  if x.len() > y.len() {
    x
  } else {
    y
  }
}

七、生命周期（3/4）

深入理解生命周期

指定生命周期參數的方式依賴於函數所做的事情

fn main() {
  let string1 = String::from("abcd");
  let string2 = "xyz";
  
  let result = longest(string1.as_str(), string2);
  
  println!("The longest string is {}", result);
}

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &str) -> &'a str {
  x
}

從函數返回引用時，返回類型的生命周期參數需要與其中一個參數的生命周期匹配
如果返回的引用沒有指向任何參數，那麼它只能引用函數內創建的值

fn main() {
  let string1 = String::from("abcd");
  let string2 = "xyz";
  
  let result = longest(string1.as_str(), string2);
  
  println!("The longest string is {}", result);
}

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &str) -> &'a str {
  let result = String::from("abc");
  result.as_str()  // 報錯 
}

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &str) -> String {
  let result = String::from("abc");
  result
}

Struct 定義中的生命周期標註

Struct 里可包括：
- 自持有的類型
- 引用：需要在每個引用上添加生命周期標註

struct ImportantExcerpt<'a> {
  part: &'a str,
}

fn main() {
  let novel = String::from("Call me Ishmael. Some years ago ...")
  
  let first_sentence = novel.split('.')
  	.next()
  	.expect("Could not found a '.'");
  
  let i = ImportantExcerpt {
    part: first_sentence
  };
}

生命周期的省略

我們知道：
- 每個引用都有生命周期
- 需要為使用生命周期的函數或Struct指定生命周期參數

生命周期省略規則

在Rust引用分析中所編入的模式稱為生命周期省略規則。
- 這些規則無需開發者來遵守
- 它們是一些特殊情況，由編譯器來考慮
- 如果你的代碼符合這些情況，那麼就無需顯式標註生命周期
生命周期省略規則不會提供完整的推斷：
- 如果應用規則後，引用的生命周期仍然模糊不清-> 編譯錯誤
- 解決辦法：添加生命周期標註，表明引用間的相互關係

輸入、輸出生命周期

生命周期在：
- 函數/方法的參數：輸入生命周期
- 函數/方法的返回值：輸出生命周期

生命周期省略的三個規則

編譯器使用3個規則在沒有顯示標註生命周期的情況下，來確定引用的生命周期
- 規則 1 應用於輸入生命周期
- 規則 2、3 應用於輸出生命周期
- 如果編譯器應用完 3 個規則之後，仍然有無法確定生命周期的引用 -> 報錯
- 這些規則適用於 fn 定義和 impl 塊
規則 1：每個引用類型的參數都有自己的生命周期
規則 2：如果只有 1 個輸入生命周期參數，那麼該生命周期被賦給所有的輸出生命周期參數
規則 3：如果有多個輸入生命周期參數，但其中一個是 &self 或 &mut self （是方法），那麼 self 的生命周期會被賦給所有的輸出生命周期參數

生命周期省略的三個規則 - 例子

假設我們是編譯器：
fn first_word(s: &str) -> &str {
fn first_word<'a>(s: &'a str) -> &str {
fn first_word<'a>(s: &'a str) -> &'a str {
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str{
fn longest<'a, 'b>(x: &'a str, y: &'b str) -> &str{ // 報錯

八、生命周期（4/4）

方法定義中的生命周期標註

在 Struct 上使用生命周期實現方法，語法和泛型參數的語法一樣
在哪聲明和使用生命周期參數，依賴於：
- 生命周期參數是否和欄位、方法的參數或返回值有關
Struct 欄位的生命周期名：
- 在 impl 後聲明
- 在 struct 名後聲明
- 這些聲明周期是 Struct 類型的一部分
impl 塊內的方法簽名中：
- 引用必須綁定於 Struct 欄位引用的生命周期，或者引用是獨立的也可以
- 生命周期省略規則經常使得方法中的生命周期標註不是必須的

struct ImportantExcerpt<'a> {
  part: &'a str,
}

impl<'a> ImportantExcerpt<'a> {
  fn level(&self) -> i32 {
    3
  }
  
  fn snnounce_and_return_part(&self, announcement: &str) -> &str {
    println!("Attention please: {}", announcement);
    self.part
  }
}

fn main() {
  let novel = String::from("Call me Ishmael. Some years ago ...")
  
  let first_sentence = novel.split('.')
  	.next()
  	.expect("Could not found a '.'");
  
  let i = ImportantExcerpt {
    part: first_sentence,
  };
}

靜態生命周期

'static 是一個特殊的生命周期：整個程式的持續時間。
- 例如：所有的字元串字面值都擁有 ‘static 生命周期
- let s: &'static str = "I have a static lifetime.";
為引用指定 ’static 生命周期前要三思：
- 是否需要引用在程式整個生命周期內都存活。

泛型參數類型、Trait Bound、生命周期

use std::fmt::Display;

fn longest_with_an_announcement<'a, T>(x: &'a str, y: &'a str, ann: T) -> &'a str
where
	T: Display,
{
  println!("Announcement! {}", ann);
  if x.len() > y.len() {
    x
  } else {
    y
  }
}

fn main() {}

本文來自博客園，作者：QIAOPENGJUN，轉載請註明原文鏈接：https://www.cnblogs.com/QiaoPengjun/p/17279765.html

Rust編程語言入門之泛型、Trait、生命周期

泛型、Trait、生命周期

一、提取函數消除重覆

重覆代碼

消除重覆的步驟

二、泛型

泛型

函數定義中的泛型

Struct 定義中的泛型

Enum 定義中的泛型

方法定義中的泛型

泛型代碼的性能

三、Trait（上）

Trait

定義一個 Trait

在類型上實現 trait

實現 trait 的約束

預設實現

四、Trait（下）

Trait 作為參數

實現 Trait 作為返回類型

使用 Trait Bound 的例子

使用 Trait Bound 有條件的實現方法

五、生命周期（1/4）

生命周期

生命周期 - 避免懸垂引用(dangling regerence)

借用檢查器

函數中的泛型生命周期

六、生命周期（2/4）

生命周期標註語法

生命周期標註 - 語法

生命周期標註 - 例子

函數簽名中的生命周期標註

七、生命周期（3/4）

深入理解生命周期

Struct 定義中的生命周期標註

生命周期的省略

生命周期省略規則

輸入、輸出生命周期

生命周期省略的三個規則

生命周期省略的三個規則 - 例子

八、生命周期（4/4）

方法定義中的生命周期標註

靜態生命周期

泛型參數類型、Trait Bound、生命周期