20-高级特性

精要笔记 · 基于 TRPL 简体中文 第20章

高级特性

偶尔遇到、不必天天用；可作陌生语法时的查阅参考。

不安全 Rust

unsafe Rust 不强制部分内存安全保证，提供五种超能力（须在 unsafe { } 块或标记函数/trait 内使用）：

1. 解引用裸指针：*const T / *mut T；可忽略借用规则、允许空指针、不保证有效内存。
2. 调用 unsafe 函数/方法：C FFI、slice::from_raw_parts_mut 等。
3. 访问/修改可变静态变量：static mut；多线程易数据竞争。
4. 实现 unsafe trait：如手动为含裸指针的类型实现 Send/Sync。
5. 访问 union 字段：与 C 互操作。

要点：

• unsafe 不关闭借用检查；引用仍被检查。
• 尽量封装成安全抽象（如 split_at_mut）；unsafe 块越小越好。
• 裸指针：安全代码可创建，解引用须 unsafe；&raw const/mut 创建有效指针。
• extern：unsafe extern "C" { fn abs(i: i32) -> i32; } 调用外部代码；可用 safe fn 标记确实安全的 FFI 函数。
• 导出 Rust 给 C：#[unsafe(no_mangle)] pub extern "C" fn ...
• Miri（nightly）：运行时检测 UB；cargo +nightly miri run/test。

高级 trait

关联类型

trait 内占位类型，实现时指定一次。如 Iterator::Item。

• 泛型 trait 可多次 impl（如 Iterator<String>、Iterator<u32>）；关联类型每类型只能 impl 一次。

使用默认泛型类型参数和运算符重载

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trait Add<Rhs = Self> {
    type Output;
    fn add(self, rhs: Rhs) -> Self::Output;
}

• 实现 Add 重载 +；可自定义 Rhs（如 impl Add<Meters> for Millimeters）。
• 默认类型参数：扩展 trait 不破坏现有代码；减少样板。

在同名方法之间消歧义

• 直接调用：类型自身方法优先。
• trait 方法：Pilot::fly(&person) 或 <Type as Trait>::method(...)。
• 关联函数（无 self）：须完全限定语法 <Dog as Animal>::baby_name()。

使用超 trait

trait OutlinePrint: Display { ... }——实现子 trait 须先实现父 trait。

使用 newtype 模式在外部类型上实现外部 trait

• 孤儿规则：trait 与类型至少一方须为本地。
• 元组结构体封装外部类型即可本地 impl 外部 trait；零运行时开销。
• 需全部方法时可 impl Deref 代理。

高级类型

使用 newtype 模式实现类型安全与抽象

• 防混用（单位类型 Millimeters vs Meters）。
• 隐藏实现（如 People 封装 HashMap<i32, String>）。

类型同义词与类型别名

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type Kilometers = i32;   // 同义词，无新类型检查
type Thunk = Box<dyn Fn() + Send + 'static>;  // 缩短长类型
type Result<T> = std::result::Result<T, std::io::Error>;  // 固定 E

• 别名不提供 newtype 的类型安全；主要用于可读性与 DRY。

从不返回的 never type

• !（never type）：无值；panic!、loop {}、continue 等发散表达式的类型。
• ! 可强制转换为任意类型，使 match 各分支类型统一。

动态大小类型和 Sized trait

• DST：编译期大小未知，如 str、trait 对象。
• 不能 let s: str；须置于指针后：&str（ptr + len）、Box<str>、&dyn Trait。
• Sized：编译期大小已知；泛型隐式 T: Sized。
• 放宽：fn generic<T: ?Sized>(t: &T) 允许 DST 引用。

高级函数与闭包

函数指针

• 类型 fn(i32) -> i32（小写 fn），非 trait。
• 可传给期望闭包的函数（fn 实现 Fn/FnMut/FnOnce）。
• C 互操作、枚举构造函数作 map 参数常见。
• 完全限定：String::to_string 消除歧义。

返回闭包

• 闭包无具体类型，不能直接返回闭包类型。
• 单闭包：impl Fn(...) -> ...。
• 多闭包同签名：Box<dyn Fn(...) -> ...>（trait 对象）。

宏

宏和函数的区别

用 macro_rules! 编写声明宏

• #[macro_export] 导出；macro_rules! vec { ... }。
• 模式匹配 Rust 源码结构（非值）；$x:expr、$( ... ),* 重复。
• 类似 match：pattern => { 展开代码 }。

过程宏

须独立 proc-macro crate；TokenStream 入/出。

• 常用 syn（解析）+ quote（生成代码）；stringify! 编译期表达式转字符串。

总结

unsafe、高级 trait/类型、函数指针与宏覆盖 Rust 进阶角落；遇陌生语法时可回查本章。