trait：接口

万物皆可组合。 – 知乎

Rust 通过两种特性来支持多态：trait和泛型。 trait 是 Rust 中的接口。泛型函数或者类型可以用于多种不同的类型。

泛型和trait紧密相关：泛型函数在约束中使用 trait 来表明它可以用于哪些类型的参数。

trait的用法

trait 代表一种能力，类型可以做的事情。

trait有一个特殊规则：trait自身必须在作用域里。简单说，trait必须显示导入。

有一些trait不需要导入，比如Clone 和 Iterator，是因为它们默认总是在作用域里，它们是标准 prelude 的一部分：Rust 会自动导入每个模块中的名称。事实上，prelude 就是一组 trait 的集合。

trait对象

trait类型的引用，成为trait对象。和其他引用类似，一个trait对象指向某个值，它有生命周期，它可以是可变的或共享的。

trait对象的特殊之处在于：Rust在编译期通常不知道被引用值的类型是什么。

use std::io::Write;
use std::str;

// &mut dyn Write 表示实现了Write trait的值的可变引用
fn say_hello_dyn(out: &mut dyn Write) -> std::io::Result<()> {
    out.write_all(b"hello, world\n")?;
    out.flush()
}

#[test]
fn test_trait_with_dyn() {
    let mut bytes = vec![];

    // Rust允许进行普通引用到trait对象的转换。
    // let writer: &mut dyn Write = &mut bytes;
    say_hello_dyn(&mut bytes);
    println!("buf value: {:?}", str::from_utf8(&bytes).unwrap())
}

在内存中，一个trait对象是一个胖指针，由指向值的指针加上一个指向表示该值类型的函数表的指针组成。因此，每个trait对象要占两个机器字。如图所示：内存中的rust对象

泛型函数

泛型函数在于指定类型参数，类型参数决定了泛型函数如何被调用。类型参数通常是大写字母。

use std::io::Write;
use std::str;

fn say_hello<W: Write>(out: &mut W) -> std::io::Result<()> {
    out.write_all(b"hello, world\n")?;
    out.flush()
}

#[test]
fn test_trait() {
    let mut buf: Vec<u8> = vec![];
    // let writer: &mut dyn Write = &mut buf;
    say_hello(&mut buf);
    println!("buf value: {:?}", str::from_utf8(&buf));
}

where 语法可以用于泛型结构体、泛型枚举、类型别名以及方法——任何允许约束的地方。where语法可以避免泛型约束过长导致可读性较差的问题。

泛型和trait相比有三个优点：

速度：泛型函数签名没用dyn关键字。因为在编译期指定里确定的类型，泛型不涉及动态分发。
有的trait不支持trait对象
可以很容易地给泛型类型参数添加多个trait约束。

定义和实现trait

定义一个 trait 很简单，只需要给出名字和 trait 方法的签名类型。

要实现一个 trait，需要使用语法 impl TraitName for Type。

Rust 允许你在任意类型上实现任意 trait，只要 trait 或者类型是在当前 crate 中定义的。

当你实现一个 tarit 时，trait 和类型至少有一个必须是在当前 crate 中新定义的。这被称为孤儿规则(orphan rule)。它帮助确保 trait 的实现是唯一的。

trait 中可以将 Self 关键字用作类型。

子trait可以作为另一个 trait 的扩展。用户可以假定任何实现了子 trait 的值一定也实现了它的父 trait。但在 Rust 中，一个子 trait 不会继承父 trait 中的相关 item，如果你想调用方法的话仍然要确保每个 trait 都在作用域中。

trait StringSet {
    /// 返回一个空的集合。类型关联函数（初始化函数、构造函数）
    fn new() -> Self;
    /// 查找集合是否包含`string`。
    fn contains(&self, string: &str) -> bool;
    /// 向集合中添加一个字符串。
    fn add(&mut self, string: &str);
}

定义类型关系的 trait

trait 可以用于需要多个类型协同工作的场景。它们可以描述类型之间的关系。

在trait中可以定义关联类型、关联常量。

impl trait 允许擦除返回值的类型，只指名他实现的trait，并且没有动态分发或对分配。

Rust 不允许 trait 方法使用 impl trait 作为返回类型。

总结

trait与泛型是Rust中非常重要的两个概念，在闭包、迭代器、并发、输入/输出等一些通用的标准库中广泛使用。

rust trait