Rust 泛型

泛型 Generics泛型详解

使用泛型参数,有一个先决条件,必需在使用前对其进行声明:

fn largest<T>(list: &[T]) -> T {

该泛型函数的作用是从列表中找出最大的值,其中列表中的元素类型为 T。首先 largest<T> 对泛型参数 T 进行了声明,然后才在函数参数中进行使用该泛型参数 list: &[T] 。

下面是一个错误的泛型函数的实现:

fn largest<T>(list: &[T]) -> T {let mut largest = list[0];for &item in list.iter() {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 char_list = vec!['y', 'm', 'a', 'q'];let result = largest(&char_list);println!("The largest char is {}", result);
}

运行后报错:

error[E0369]: binary operation `>` cannot be applied to type `T` // `>`操作符不能用于类型`T`--> src/main.rs:5:17|
5 |         if item > largest {|            ---- ^ ------- T|            ||            T|
help: consider restricting type parameter `T` // 考虑对T进行类型上的限制 :|
1 | fn largest<T: std::cmp::PartialOrd>(list: &[T]) -> T {|             ++++++++++++++++++++++

因为 T 可以是任何类型,但不是所有的类型都能进行比较,因此上面的错误中,编译器建议我们给 T 添加一个类型限制:使用 std::cmp::PartialOrd 特征(Trait)对 T 进行限制,特征在下一节会详细介绍,现在你只要理解,该特征的目的就是让类型实现可比较的功能。

结构体中使用泛型

结构体中的字段类型也可以用泛型来定义,下面代码定义了一个坐标点 Point,它可以存放任何类型的坐标值:

struct Point<T> {x: T,y: T,
}fn main() {let integer = Point { x: 5, y: 10 };let float = Point { x: 1.0, y: 4.0 };
}

这里有两点需要特别的注意:

提前声明,跟泛型函数定义类似,首先我们在使用泛型参数之前必需要进行声明 Point<T>,接着就可以在结构体的字段类型中使用 T 来替代具体的类型
x 和 y 是相同的类型
第二点非常重要,如果使用不同的类型,那么它会导致下面代码的报错:

如果想让 x 和 y 既能类型相同,又能类型不同,就需要使用不同的泛型参数:

struct Point<T,U> {x: T,y: U,
}
fn main() {let p = Point{x: 1, y :1.1};
}

切记,所有的泛型参数都要提前声明.

枚举中使用泛型

提到枚举类型,Option 永远是第一个应该被想起来的,在之前的章节中,它也多次出现:

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

Option<T> 是一个拥有泛型 T 的枚举类型,它第一个成员是 Some(T),存放了一个类型为 T 的值。得益于泛型的引入,我们可以在任何一个需要返回值的函数中,去使用 Option<T> 枚举类型来做为返回值,用于返回一个任意类型的值 Some(T),或者没有值 None。

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

这个枚举和 Option 一样,主要用于函数返回值,与 Option 用于值的存在与否不同,Result 关注的主要是值的正确性。

如果函数正常运行,则最后返回一个 Ok(T),T 是函数具体的返回值类型,如果函数异常运行,则返回一个 Err(E),E 是错误类型。例如打开一个文件:如果成功打开文件,则返回 Ok(std::fs::File),因此 T 对应的是 std::fs::File 类型;而当打开文件时出现问题时,返回 Err(std::io::Error),E 对应的就是 std::io::Error 类型。

方法中使用泛型

方法上也可以使用泛型:

struct Point<T> {x: T,y: T,
}impl<T> Point<T> {fn x(&self) -> &T {&self.x}
}
fn main() {let p = Point { x: 5, y: 10 };println!("p.x = {}", p.x());
}

使用泛型参数前,依然需要提前声明:impl<T>,只有提前声明了,我们才能在Point&ltT>中使用它,这样 Rust 就知道 Point 的尖括号中的类型是泛型而不是具体类型。需要注意的是,这里的 Point&ltT> 不再是泛型声明,而是一个完整的结构体类型,因为我们定义的结构体就是 Point&ltT> 而不再是 Point。

除了结构体中的泛型参数,我们还能在该结构体的方法中定义额外的泛型参数,就跟泛型函数一样:

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

这个例子中,T,U 是定义在结构体 Point 上的泛型参数,V,W 是单独定义在方法 mixup 上的泛型参数,它们并不冲突,说白了,你可以理解为,一个是结构体泛型,一个是函数泛型。

为具体的泛型类型实现方法

对于 Point<T> 类型,你不仅能定义基于 T 的方法,还能针对特定的具体类型,进行方法定义:

impl Point<f32> {fn distance_from_origin(&self) -> f32 {(self.x.powi(2) + self.y.powi(2)).sqrt()}
}

这段代码意味着 Point<f32> 类型会有一个方法 distance_from_origin,而其他 T 不是 f32 类型的 Point<T> 实例则没有定义此方法。这个方法计算点实例与坐标(0.0, 0.0) 之间的距离,并使用了只能用于浮点型的数学运算符。

const 泛型

const 泛型,也就是针对值的泛型,正好可以用于处理数组长度的问题:

fn display_array<T: std::fmt::Debug, const N: usize>(arr: [T; N]) {println!("{:?}", arr);
}
fn main() {let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];display_array(arr);let arr: [i32; 2] = [1, 2];display_array(arr);
}

如上所示,我们定义了一个类型为 [T; N] 的数组,其中 T 是一个基于类型的泛型参数,这个和之前讲的泛型没有区别,而重点在于 N 这个泛型参数,它是一个基于值的泛型参数!因为它用来替代的是数组的长度。

N 就是 const 泛型,定义的语法是 const N: usize,表示 const 泛型 N ,它基于的值类型是 usize。

在泛型参数之前,Rust 完全不适合复杂矩阵的运算,自从有了 const 泛型,一切即将改变。

const 泛型表达式

假设我们某段代码需要在内存很小的平台上工作,因此需要限制函数参数占用的内存大小,此时就可以使用 const 泛型表达式来实现:

// 目前只能在nightly版本下使用
#![allow(incomplete_features)]
#![feature(generic_const_exprs)]fn something<T>(val: T)
whereAssert<{ core::mem::size_of::<T>() < 768 }>: IsTrue,//       ^-----------------------------^ 这里是一个 const 表达式,换成其它的 const 表达式也可以
{//
}fn main() {something([0u8; 0]); // oksomething([0u8; 512]); // oksomething([0u8; 1024]); // 编译错误,数组长度是1024字节,超过了768字节的参数长度限制
}// ---pub enum Assert<const CHECK: bool> {//
}pub trait IsTrue {//
}impl IsTrue for Assert<true> {//
}
const fn
@todo

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