16-Trait 对象类型

译文 · 基于 The Rust Reference

原文链接: https://doc.rust-lang.org/reference/types/trait-object.html

r[type.trait-object]

Trait 对象类型

r[type.trait-object.syntax]

TraitObjectType -> Bounds[^bare-2021] | `dyn`[^dyn-2018] Bounds?

TraitObjectTypeOneBound -> TraitBound[^bare-2021] | `dyn`[^dyn-2018] TraitBound?

r[type.trait-object.intro] trait 对象 是实现了一组 trait 的另一种类型的不透明值。这组 trait 由一个 dyn 兼容的 基础 trait 加上任意数量的自动 trait组成。

r[type.trait-object.impls] Trait 对象实现基础 trait、其自动 trait，以及基础 trait 的任何超 trait。

r[type.trait-object.bounds] 必须至少有一个 trait 约束，不能有多于一个非自动 trait，不能有多于一个生命周期，并且不允许退出约束（例如 ?Sized）和 use<..> 约束。

例如，给定 trait Trait，以下都是 trait 对象：

• dyn Trait
• dyn Trait + Send
• dyn Trait + Send + Sync
• dyn Trait + 'static
• dyn Trait + Send + 'static
• dyn Trait +
• dyn 'static + Trait.
• dyn (Trait)

r[type.trait-object.syntax-edition2021]

[!EDITION-2021] 在 2021 edition 之前，可以省略 dyn 关键字。在 2021 edition 及之后，从语义上要求使用 dyn 关键字。

r[type.trait-object.syntax-edition2018]

[!EDITION-2018] 在 2015 edition 中，dyn 后面必须跟着 [PathIdentSegment]、[LIFETIME_TOKEN]、for、( 或 ?，才会被解释为关键字而不是普通标识符。

最值得注意的是，dyn、dyn::T 和 dyn<T> 都会被当作类型路径。因此，若你想要一个以 ::module::Trait 为 trait 的 trait 对象类型，需要把路径放在括号中，写作 dyn (::module::Trait)。

从 2018 edition 开始，dyn 是真正的关键字，不允许出现在路径中，因此不再需要括号。

r[type.trait-object.alias] 两个 trait 对象类型互为别名，当且仅当基础 trait 互为别名、自动 trait 集合相同、且生命周期约束相同。例如，dyn Trait + Send + UnwindSafe 与 dyn Trait + UnwindSafe + Send 相同。

r[type.trait-object.unsized] 由于值的具体类型是不透明的，trait 对象是动态大小类型。与所有 DST 一样，trait 对象用在某种指针之后；例如 &dyn SomeTrait 或 Box<dyn SomeTrait>。每个指向 trait 对象的指针实例包含：

• 一个指向实现了 SomeTrait 的类型 T 的实例的指针
• 一张 虚方法表，通常简称为 vtable，其中对于 SomeTrait 及其超 trait中 T 所实现的每个方法，都包含一个指向 T 的实现的指针（即函数指针）。

Trait 对象的目的是允许方法的「迟绑定」。在 trait 对象上调用方法会在运行时进行虚分派：也就是说，从 trait 对象的 vtable 中加载一个函数指针并间接调用。每个 vtable 条目的实际实现可以因对象而异。

一个 trait 对象的例子：

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trait Printable {
    fn stringify(&self) -> String;
}

impl Printable for i32 {
    fn stringify(&self) -> String { self.to_string() }
}

fn print(a: Box<dyn Printable>) {
    println!("{}", a.stringify());
}

fn main() {
    print(Box::new(10) as Box<dyn Printable>);
}

在这个例子中，trait Printable 作为 trait 对象出现在 print 的类型签名以及 main 中的强制转换表达式中。

r[type.trait-object.lifetime-bounds]

Trait 对象的生命周期约束

由于 trait 对象可以包含引用，这些引用的生命周期需要作为 trait 对象的一部分来表达。该生命周期写作 Trait + 'a。存在一些默认值，使得这个生命周期通常可以被推断为一个合理的选择。