Rust特征对象(Trait Object)
特征对象(Trait Object)
前面学习的泛型，特征。它们都只能实现静态多态。它们和类型的绑定发生在编译期。如何让其实现C++中“父类指针指向子类对象”，从而实现运行时的多态。为了解决这个问题，Rust引入了——特征对象。
特征对象定义
我们直接来看一段代码。它展示了特征对象的两种定义方式。
// 定义特征Draw
trait Draw {
fn draw(&self) -> String;
}
// 为u8类型实现Draw特征
impl Draw for u8 {
fn draw(&self) -> String {
format!("u8: {}", *self)
}
}
// 为f64类型实现Draw特征
impl Draw for f64 {
fn draw(&self) -> String {
format!("f64: {}", *self)
}
}
// 若 T 实现了 Draw 特征， 则调用该函数时传入的 Box<T> 可以被隐式转换成函数参数签名中的 Box<dyn Draw>
fn draw1(x: Box<dyn Draw>) {
// 由于实现了 Deref 特征，Box 智能指针会自动解引用为它所包裹的值，然后调用该值对应的类型上定义的 `draw` 方法
println!("{}", x.draw());
}
fn draw2(x: &dyn Draw) {
println!("{}", x.draw());
}
fn main() {
let x = 1.1f64;
let y = 8u8;
//可以通过 & 引用或者 Box<T> 智能指针的方式来创建特征对象，下面分别通过两种方式来展示创建的特征对象。
// x 和 y 的类型 T 都实现了 `Draw` 特征，因为 Box<T> 可以在函数调用时隐式地被转换为特征对象 Box<dyn Draw>
// 基于 x 的值创建一个 Box<f64> 类型的智能指针，指针指向的数据被放置在了堆上
println!("通过Box<T>创建的特征对象");
draw1(Box::new(x));
// 基于 y 的值创建一个 Box<u8> 类型的智能指针
draw1(Box::new(y));
println!("通过引用创建的特征对象:");
draw2(&x);
draw2(&y);
}这段代码中我们首先定义了特征Draw，然后为u8和f64类型实现了特征Draw。我们的重点是Box::new和dyn。
- draw1 函数的参数是
Box<dyn Draw>形式的特征对象，该特征对象是通过Box::new(x)的方式创建的 - draw2 函数的参数是
&dyn Draw形式的特征对象，该特征对象是通过&x的方式创建的 - dyn 关键字只用在特征对象的类型声明上，在创建时无需使用 dyn
有了特征对象，就实现了鸭子类型。我们可以在一个Vector中存放特征对象，从而实现不同类型的存储的容器。注意&dyn和Box<dyn>都是在编译期已知大小的。关于特征对象的动态分发请看这里。如果还是没明白动态绑定，还可以看一下的参考资料。
- https://cloud.tencent.com/developer/article/1611006
- https://cloud.tencent.com/developer/article/1611007
- https://blog.csdn.net/zy010101/article/details/105276523
特征对象的限制
只有对象安全（object-safe）的 trait 可以实现为特征对象。这里有一些复杂的规则来实现 trait 的对象安全，但在实践中，只有两个相关的规则。如果一个 trait 中定义的所有方法都符合以下规则，则该 trait 是对象安全的：
- 返回值不是 Self
- 没有泛型类型的参数
Self 关键字是我们在 trait 与方法上的实现的别称，trait 对象必须是对象安全的，因为一旦使用 trait 对象，Rust 将不再知晓该实现的返回类型。如果一个 trait 的方法返回了一个 Self 类型，但是该 trait 对象忘记了 Self 的确切类型，那么该方法将不能使用原本的类型。当 trait 使用具体类型填充的泛型类型时也一样：具体类型成为实现 trait 的对象的一部分，当使用 trait 对象时，会忘了类型是什么，无法知道应该用什么类型来填充泛型类。特征对象会丢失掉原来的类型。例如：
// 若 T 实现了 Draw 特征， 则调用该函数时传入的 Box<T> 可以被隐式转换成函数参数签名中的 Box<dyn Draw>
fn draw1(x: Box<dyn Draw>) {
// 由于实现了 Deref 特征，Box 智能指针会自动解引用为它所包裹的值，然后调用该值对应的类型上定义的 `draw` 方法
println!("{}", x.draw());
// x.clone(); // 错误
}上述代码中的x是特征对象，它会丢失掉原来的类型，它无法调用u8类型或者f64类型所拥有的方法和特征，因为x现在只知道自己是Draw的特征对象。
一个非对象安全的 trait 例子是标准库中的 Clone trait。Clone trait 中的 clone 方法的声明如下：
pub trait Clone {
fn clone(&self) -> Self;
}String 类型实现了 Clone trait，当我们在 String 的实例对象上调用 clone 方法时，我们会得到一个 String 类型实例对象。相似地，如果我们调用 Vec<T> 实例对象上的 clone 方法，我们会得到一个 Vec<T> 类型的实例对象。clone 方法的标签需要知道哪个类型是 Self 类型，因为 Self 是它的返回类型。
当我们尝试编译一些违反 trait 对象的对象安全规则的代码时，我们会收到编译器的提示。例如，我们想实现函数参数接受一个 Clone 特征对象。
fn te(x: Box<dyn Clone>) {
println!("Clone");
}变异含有该函数的代码时，会发生如下错误。
error[E0038]: the trait `Clone` cannot be made into an object
--> src/main.rs:31:14
|
31 | fn te(x: Box<dyn Clone>) {
| ^^^^^^^^^ `Clone` cannot be made into an object
|
= note: the trait cannot be made into an object because it requires `Self: Sized`
= note: for a trait to be "object safe" it needs to allow building a vtable to allow the call to be resolvable dynamically; for more information visit <https://doc.rust-lang.org/reference/items/traits.html#object-safety>
For more information about this error, try `rustc --explain E0038`.
error: could not compile `trait_object` due to previous error