10-泛型、Trait和生命周期

泛型语法、trait 约束与生命周期注解及省略规则精要

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精要笔记 · 基于 TRPL 简体中文 第10章

泛型、Trait 和生命周期

泛型：类型/行为的抽象占位符。Trait：共享行为。生命周期：引用有效性的泛型参数。

提取函数来减少重复

  1. 找重复代码 → 2. 提取函数（明确输入输出）→ 3. 调用替换重复处 → 4. 再推广为泛型。

泛型数据类型

在函数定义中使用泛型

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fn largest<T>(list: &[T]) -> &T { /* ... */ }
  • 类型参数惯例：单字母大驼峰，如 T。
  • 需 trait 约束才能比较：T: PartialOrd（见下节）。

结构体定义中的泛型

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struct Point<T> { x: T, y: T }
struct Point2<T, U> { x: T, y: U }

枚举定义中的泛型

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enum Option<T> { Some(T), None }
enum Result<T, E> { Ok(T), Err(E) }

方法定义中的泛型

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impl<T> Point<T> {
    fn x(&self) -> &T { &self.x }
}
impl Point<f32> {  // 仅 f32 的专用 impl
    fn distance_from_origin(&self) -> f32 { /* ... */ }
}
  • impl 后声明的泛型可与结构体泛型不同（如 mixup 方法）。

泛型代码的性能

  • 单态化（monomorphization）：编译期为每个具体类型生成代码 → 零运行时泛型开销。

Trait：定义共同行为

  • 类似其他语言的接口；定义方法签名集合。

定义 trait

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pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}

为类型实现 trait

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impl Summary for NewsArticle {
    fn summarize(&self) -> String { /* ... */ }
}
  • 孤儿规则（相干性）：trait 或类型至少一方属于当前 crate，才能 impl。
  • 调用 trait 方法前需 use Summary 引入作用域。

使用默认实现

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pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String {
        String::from("(Read more...)")
    }
}
impl Summary for NewsArticle {}  // 用默认
  • 默认实现可调用同 trait 其他方法；不能在 override 里调同名默认实现。

使用 trait 作为参数

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pub fn notify(item: &impl Summary) { }
pub fn notify<T: Summary>(item: &T) { }           // trait 约束语法糖
pub fn notify(item1: &impl Summary, item2: &impl Summary) { }  // 可不同类型
pub fn notify<T: Summary>(item1: &T, item2: &T) { }            // 必须同类型

通过 + 语法指定多个 trait 约束

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fn notify(item: &(impl Summary + Display)) { }
fn notify<T: Summary + Display>(item: &T) { }

通过 where 简化 trait 约束

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fn foo<T, U>(t: &T, u: &U) -> i32
where
    T: Display + Clone,
    U: Clone + Debug,
{ }

返回实现了 trait 的类型

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fn returns_summarizable() -> impl Summary { SocialPost { /* ... */ } }
  • 仅当单一具体返回类型；多类型返回需 trait object（第18章）。

使用 trait 约束有条件地实现方法

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impl<T: PartialOrd + Display> Pair<T> {
    fn cmp_display(&self) { /* ... */ }
}
  • Blanket implementation：impl<T: Display> ToString for T { } — 见 trait 文档 Implementers。

生命周期确保引用有效

  • 每个引用有生命周期（有效作用域）；注解描述多个引用间关系，不改变实际寿命。

悬垂引用

  • 引用不能比被引用数据活得更久；借用检查器比较作用域。

函数中的泛型生命周期

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fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() { x } else { y }
}
  • 返回引用生命周期 = 两个参数中较短者。
  • 若总返回某一参数，可只标注该参数；不能返回函数内新建值的引用（悬垂）。

生命周期注解语法

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&i32
&'a i32
&'a mut i32
  • 写在 & 之后，与类型空格分隔；参数名以 ' 开头，常用 'a。

在函数签名中

  • 生命周期参数写在 <> 中与泛型并列：fn foo<'a>(x: &'a str) -> &'a str

在结构体定义中

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struct ImportantExcerpt<'a> {
    part: &'a str,
}
  • 实例不能比 part 引用活得更久。

生命周期省略（Lifetime Elision）

编译器三条规则（fn/impl）：

  1. 每个引用参数得一个生命周期参数。
  2. 仅一个输入生命周期 → 赋给所有输出。
  3. 方法有 &self / &mut self → 输出生命周期 = self 的。
  • first_word(&str) -> &str 可省略；longest(x, y) 两输入 → 规则2不适用，须显式标注。

在方法定义中

  • 结构体 lifetime 写在 impl<'a>；有 &self 时输出常随 self（规则3）。

静态生命周期

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let s: &'static str = "I have a static lifetime.";
  • 字面值存于二进制，全程有效；勿滥用 'static 掩盖生命周期错误。

泛型类型参数、trait 约束和生命周期

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fn longest<'a, T>(x: &'a str, y: &'a str, ann: T) -> &'a str
where
    T: Display,
{ /* ... */ }
最后修改 July 30, 2026: 更新 (33710aaae)