rust学习——关联类型

news2024/12/23 14:59:30

什么是关联类型

关联类型是Rust中一种特殊的泛型抽象机制。在trait中，可以定义一个或多个关联类型，这些关联类型与trait的实现类型相关联。关联类型允许我们在trait中使用泛型，但不需要提前指定具体的类型。

不使用关联类型存在的问题

trait 如果对实现了它的容器类型是泛型的，则须遵守类型规范要求——trait 的使用者必须指出 trait 的全部泛型类型。

在下面例子中，Contains trait 允许使用泛型类型 A 和 B。然后我们为 Container 类型实现了这个 trait，将 A 和 B 指定为 i32，这样就可以对它们使用 difference() 函数。

因为 Contains 是泛型的，我们必须在 fn difference() 中显式地指出所有的泛型类型。但实际上，我们想要表达，A 和 B 究竟是什么类型是由输入 C 决定的。在下一节会看到，关联类型恰好提供了这样的功能。

struct Container(i32, i32);

// 这个 trait 检查给定的 2 个项是否储存于容器中
// 并且能够获得容器的第一个或最后一个值。
trait Contains<A, B> {
    fn contains(&self, _: &A, _: &B) -> bool; // 显式地要求 `A` 和 `B`
    fn first(&self) -> i32; // 未显式地要求 `A` 或 `B`
    fn last(&self) -> i32;  // 未显式地要求 `A` 或 `B`
}

impl Contains<i32, i32> for Container {
    // 如果存储的数字和给定的相等则为真。
    fn contains(&self, number_1: &i32, number_2: &i32) -> bool {
        (&self.0 == number_1) && (&self.1 == number_2)
    }

    // 得到第一个数字。
    fn first(&self) -> i32 { self.0 }

    // 得到最后一个数字。
    fn last(&self) -> i32 { self.1 }
}

// 容器 `C` 就包含了 `A` 和 `B` 类型。鉴于此，必须指出 `A` 和 `B` 显得很麻烦。
fn difference<A, B, C>(container: &C) -> i32 where
    C: Contains<A, B> {
    container.last() - container.first()
}

fn main() {
    let number_1 = 3;
    let number_2 = 10;

    let container = Container(number_1, number_2);

    println!("Does container contain {} and {}: {}",
        &number_1, &number_2,
        container.contains(&number_1, &number_2));
    println!("First number: {}", container.first());
    println!("Last number: {}", container.last());

    println!("The difference is: {}", difference(&container));
}

关联类型

通过把容器内部的类型放到 trait 中作为输出类型，使用 “关联类型” 增加了代码的可读性。这样的 trait 的定义语法如下：

#![allow(unused)]
fn main() {
// `A` 和 `B` 在 trait 里面通过 `type` 关键字来定义。
// （注意：此处的 `type` 不同于为类型取别名时的 `type`）。
trait Contains {
    type A;
    type B;

    // 这种语法能够泛型地表示这些新类型。
    fn contains(&self, _: &Self::A, _: &Self::B) -> bool;
}

注意使用了 Contains trait 的函数就不需要写出 A 或 B 了：

// 不使用关联类型
fn difference<A, B, C>(container: &C) -> i32 where
    C: Contains<A, B> { ... }

// 使用关联类型
fn difference<C: Contains>(container: &C) -> i32 { ... }

让我们使用关联类型来重写上一小节的例子：

struct Container(i32, i32);

// 这个 trait 检查给定的 2 个项是否储存于容器中
// 并且能够获得容器的第一个或最后一个值。
trait Contains {
    // 在这里定义可以被方法使用的泛型类型。
    type A;
    type B;

    fn contains(&self, _: &Self::A, _: &Self::B) -> bool;
    fn first(&self) -> i32;
    fn last(&self) -> i32;
}

impl Contains for Container {
    // 指出 `A` 和 `B` 是什么类型。如果 `input`（输入）类型
    // 为 `Container(i32, i32)`，那么 `output`（输出）类型
    // 会被确定为 `i32` 和 `i32`。
    type A = i32;
    type B = i32;

    // `&Self::A` 和 `&Self::B` 在这里也是合法的类型。
    fn contains(&self, number_1: &i32, number_2: &i32) -> bool {
        (&self.0 == number_1) && (&self.1 == number_2)
    }

    // 得到第一个数字。
    fn first(&self) -> i32 { self.0 }

    // 得到最后一个数字。
    fn last(&self) -> i32 { self.1 }
}

fn difference<C: Contains>(container: &C) -> i32 {
    container.last() - container.first()
}

fn main() {
    let number_1 = 3;
    let number_2 = 10;

    let container = Container(number_1, number_2);

    println!("Does container contain {} and {}: {}",
        &number_1, &number_2,
        container.contains(&number_1, &number_2));
    println!("First number: {}", container.first());
    println!("Last number: {}", container.last());
    
    println!("The difference is: {}", difference(&container));
}