5.20.Traits
最后更新于：2022-04-01 00:44:10
# Traits
你还记得`impl`关键字吗，曾用[方法语法](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/method-syntax.html)调用方法的那个？
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struct Circle { x: f64, y: f64, radius: f64,}impl Circle { fnarea(&self) -> f64 { std::f64::consts::PI * (self.radius * self.radius) }}
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trait也很类似，除了我们用函数标记来定义一个trait，然后为结构体实现trait。例如：
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struct Circle { x: f64, y: f64, radius: f64,}trait HasArea { fnarea(&self) -> f64;}impl HasArea for Circle { fnarea(&self) -> f64 { std::f64::consts::PI * (self.radius * self.radius) }}
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如你所见，`trait`块与`impl`看起来很像，不过我们没有定义一个函数体，只是函数标记。当我们`impl`一个trait时，我们使用`impl Trait for Item`，而不是仅仅`impl Item`。
那么这有什么重要的呢？还记得我们使用泛型`inverse`函数得到的错误吗？
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error: binary operation `==` cannot be applied to type `T`
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我们可以用trait来约束我们的泛型。考虑下这个函数，它不能编译并给出一个类似的错误：
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fnprint_area<T>(shape: T) { println!("This shape has an area of {}", shape.area());}
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Rust抱怨说：
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fn print_area<T>(shape: T) { println!("This shape has an area of {}", shape.area());}
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因为`T`可以是任何类型，我们不能确定它实现了`area`方法。不过我们可以在泛型`T`添加一个_trait约束_（_trait constraint_），来确保它实现了对应方法：
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fnprint_area<T: HasArea>(shape: T) { println!("This shape has an area of {}", shape.area());}
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`<T: HasArea>`语法是指`any type that implements the HasArea trait`（任何实现了`HasArea`trait的类型）。因为trait定义了函数类型标记，我们可以确定任何实现`HasArea`将会拥有一个`.area()`方法。
这是一个扩展的例子演示它如何工作：
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trait HasArea { fnarea(&self) -> f64;}struct Circle { x: f64, y: f64, radius: f64,}impl HasArea for Circle { fnarea(&self) -> f64 { std::f64::consts::PI * (self.radius * self.radius) }}struct Square { x: f64, y: f64, side: f64,}impl HasArea for Square { fnarea(&self) -> f64 { self.side * self.side }}fnprint_area<T: HasArea>(shape: T) { println!("This shape has an area of {}", shape.area());}fnmain() { let c = Circle { x: 0.0f64, y: 0.0f64, radius: 1.0f64, }; let s = Square { x: 0.0f64, y: 0.0f64, side: 1.0f64, }; print_area(c); print_area(s);}
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这个程序会输出：
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This shape has an area of 3.141593This shape has an area of 1
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如你所见，`print_area`现在是泛型的了，并且确保我们传递了正确的类型。如果我们传递了错误的类型：
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print_area(5);
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我们会得到一个编译时错误：
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error: failed to find an implementation of trait main::HasArea for int
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目前为止，我们只在结构体上添加trait实现，不过你为任何类型实现一个trait。所以技术上讲，你可以在`i32`上实现`HasArea`：
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trait HasArea { fnarea(&self) -> f64;}impl HasArea for i32 { fnarea(&self) -> f64 { println!("this is silly"); *self as f64 }}5.area();
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在基本类型上实现方法被认为是不好的设计，即便这是可以的。
这看起来有点像狂野西部（Wild West），不过这还有两个限制来避免情况失去控制。第一是如果trait并不定义在你的作用域，它并不能实现。这是个例子：标准库提供了一个[`Write`](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/io/trait.Write.html)trait来为`File`增加额外的功能，为了进行文件I/O。默认，`File`并不会有这个方法：
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let mut f = std::fs::File::open("foo.txt").ok().expect("Couldn’t open foo.txt");let result = f.write("whatever".as_bytes());
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这里是错误：
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error: type `std::fs::File` does not implement any method in scope named `write`let result = f.write(b”whatever”); ^~~~~~~~~~~~~~~~~~
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我们需要先`use``Write`trait：
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use std::io::Write;let mut f = std::fs::File::open("foo.txt").ok().expect("Couldn’t open foo.txt");let result = f.write("whatever".as_bytes());
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这样就能无错误的编译了。
这意味着即使有人做了像给`int`增加函数这样的坏事，它也不会影响你，除非你`use`了那个trait。
这还有一个实现trait的限制。不管是trait还是你写的`impl`都只能在你自己的包装箱内生效。所以，我们可以为`i32`实现`HasArea`trait，因为`HasArea`在我们的包装箱中。不过如果我们想为`i32`实现`Float`trait，它是由Rust提供的，则无法做到，因为这个trait和类型都不在我们的包装箱中。
关于trait的最后一点：带有trait限制的泛型函数是_单态_（_monomorphization_）（mono：单一，morph：形式）的，所以它是_静态分发_（_statically dispatched_）的。这是神马意思？查看[trait对象](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/trait-objects.html)来了解更多细节。
### 多trait限定（Multiple trait bounds）
你已经见过你可以用一个trait限定一个泛型类型参数：
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fnfoo<T: Clone>(x: T) { x.clone();}
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如果你需要多于1个限定，以可以使用`+`：
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use std::fmt::Debug;fnfoo<T: Clone + Debug>(x: T) { x.clone(); println!("{:?}", x);}
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`T`现在需要实现`Clone`和`Debug`。
### where从句（Where clause）
编写只有少量泛型和trait的函数并不算太糟，不过当它们的数量增加，这个语法就看起来比较诡异了：
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use std::fmt::Debug;fnfoo<T: Clone, K: Clone + Debug>(x: T, y: K) { x.clone(); y.clone(); println!("{:?}", y);}
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函数的名字在最左边，而参数列表在最右边。限制写在中间。
Rust有一个解决方案，它叫“where从句”：
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use std::fmt::Debug;fnfoo<T: Clone, K: Clone + Debug>(x: T, y: K) { x.clone(); y.clone(); println!("{:?}", y);}fnbar<T, K>(x: T, y: K) where T: Clone, K: Clone + Debug { x.clone(); y.clone(); println!("{:?}", y);}fnmain() { foo("Hello", "world"); bar("Hello", "workd");}
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`foo()`使用我们刚才的语法，而`bar()`使用`where`从句。所有你所需要做的就是在定义参数时省略限制，然后在参数列表后加上一个`where`。对于很长的列表，你也可以加上空格：
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use std::fmt::Debug;fnbar<T, K>(x: T, y: K) where T: Clone, K: Clone + Debug { x.clone(); y.clone(); println!("{:?}", y);}
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这种灵活性可以使复杂情况变得简洁。
`where`也比基本语法更强大。例如：
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trait ConvertTo<Output> { fnconvert(&self) -> Output;}impl ConvertTo<i64> for i32 { fnconvert(&self) -> i64 { *self as i64 }}// can be called with T == i32fnnormal<T: ConvertTo<i64>>(x: &T) -> i64 { x.convert()}// can be called with T == i64fninverse<T>() -> T // this is using ConvertTo as if it were "ConvertFrom<i32>" where i32: ConvertTo<T> { 1i32.convert()}
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这突显出了`where`从句的额外的功能：它允许限制的左侧可以是任意类型（在这里是`i32`），而不仅仅是一个类型参数（比如`T`）。
### 默认方法（Default methods）
关于trait还有最后一个我们需要讲到的功能。它简单到只需我们展示一个例子：
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trait Foo { fnbar(&self); fnbaz(&self) { println!("We called baz."); }}
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`Foo`trait的实现者需要实现`bar()`，不过并不需要实现`baz()`。它会使用默认的行为。你也可以选择覆盖默认行为：
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struct UseDefault;impl Foo for UseDefault { fnbar(&self) { println!("We called bar."); }}struct OverrideDefault;impl Foo for OverrideDefault { fnbar(&self) { println!("We called bar."); } fnbaz(&self) { println!("Override baz!"); }}let default = UseDefault;default.baz(); // prints "We called bar."let over = OverrideDefault;over.baz(); // prints "Override baz!"
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### 继承（Inheritance）
有时，实现一个trait要求实现另一个trait：
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trait Foo { fn foo(&self);}trait FooBar : Foo { fn foobar(&self);}
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`FooBar`的实现也必须实现`Foo`，像这样：
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struct Baz;impl Foo for Baz { fnfoo(&self) { println!("foo"); }}impl FooBar for Baz { fnfoobar(&self) { println!("foobar"); }}
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如果我们忘了实现`Foo`，Rust会告诉我们：
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error: the trait `main::Foo` is not implemented for the type `main::Baz` [E0277]
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