@ -1,22 +1,22 @@
# 特征Trait
# 特征Trait
如果我们想定义一个文件系统，那么把该系统跟底层存储解耦是很重要的。文件操作主要包含三个：`open`、`write`、`read`，这些操作可以发生在硬盘，也可以发生在缓存，可以通过网络也可以通过(我实在编不下去了，大家来帮帮我)。总之如果你要为每一种情况都单独实现一套代码，那这种实现将过于繁杂，而且也没那个必要。
如果我们想定义一个文件系统，那么把该系统跟底层存储解耦是很重要的。文件操作主要包含三个：`open` 、`write`、`read`，这些操作可以发生在硬盘，也可以发生在缓存，可以通过网络也可以通过(我实在编不下去了，大家来帮帮我)。总之如果你要为每一种情况都单独实现一套代码，那这种实现将过于繁杂，而且也没那个必要。
要解决上述问题， ， `trait` 概念。可能你是第一次听说这个名词，但是不要怕，如果学过其他语言，那么大概率你听说过接口，没错，特征很类似接口。
要解决上述问题，需要把这些行为抽象出来，就要使用 Rust 中的特征 `trait` 概念。可能你是第一次听说这个名词，但是不要怕，如果学过其他语言，那么大概率你听说过接口，没错，特征很类似接口。
在之前的代码中，我们也多次见过特征的使用，例如 `#[derive(Debug)]` ， （ ） `Debug` 特征，接着可以使用 `println!("{:?}", x)` 打印这个类型；再例如：
在之前的代码中，我们也多次见过特征的使用，例如 `#[derive(Debug)]` ，它在我们定义的类型（` struct` ）上自动派生 `Debug` 特征，接着可以使用 `println!("{:?}", x)` 打印这个类型；再例如：
```rust
```rust
fn add< T: std::ops::Add < Output = T > >(a:T, b:T) -> T {
fn add< T: std::ops::Add < Output = T > >(a:T, b:T) -> T {
a + b
a + b
}
}
```
```
通过 `std::ops::Add` 特征来限制`T`，只有 `T` 实现了 `std::ops::Add` 才能进行合法的加法操作，毕竟不是所有的类型都能进行相加。
通过 `std::ops::Add` 特征来限制 `T``T` 实现了 `std::ops::Add` 才能进行合法的加法操作，毕竟不是所有的类型都能进行相加。
这些都说明一个道理，特征定义了**一个可以被共享的行为，只要实现了特征，你就能使用该行为**。
这些都说明一个道理，特征定义了**一个可以被共享的行为，只要实现了特征，你就能使用该行为**。
## 定义特征
## 定义特征
如果不同的类型具有相同的行为，那么我们就可以定义一个特征，然后为这些类型实现该特征。**定义特征**是把一些方法组合在一起，目的是定义一个实现某些目标所必需的行为的集合。
如果不同的类型具有相同的行为，那么我们就可以定义一个特征，然后为这些类型实现该特征。**定义特征**是把一些方法组合在一起，目的是定义一个实现某些目标所必需的行为的集合。
例如，我们现在有文章`Post`和微博`Weibo`两种内容载体，而我们想对相应的内容进行总结，也就是无论是文章内容，还是微博内容，都可以在某个时间点进行总结，那么总结这个行为就是共享的，因此可以用特征来定义：
例如，我们现在有文章 `Post` 和微博 `Weibo` 两种内容载体，而我们想对相应的内容进行总结，也就是无论是文章内容，还是微博内容，都可以在某个时间点进行总结，那么总结这个行为就是共享的，因此可以用特征来定义：
```rust
```rust
pub trait Summary {
pub trait Summary {
fn summarize(& self) -> String;
fn summarize(& self) -> String;
@ -61,7 +61,7 @@ impl Summary for Weibo {
}
}
```
```
实现特征的语法与为结构体、枚举实现方法很像：`impl Summary for Post`，读作“为`Post`类型实现 `Summary` 特征”，然后在 `impl` 的花括号中实现该特征的具体方法。
实现特征的语法与为结构体、枚举实现方法很像：`impl Summary for Post`，读作“为 `Post` 类型实现 `Summary` 特征”，然后在 `impl` 的花括号中实现该特征的具体方法。
接下来就可以在这个类型上调用特征的方法：
接下来就可以在这个类型上调用特征的方法：
```rust
```rust
@ -76,7 +76,7 @@ fn main() {
运行输出：
运行输出：
```console
```console
文章Rust语言简介, 作者是Sunface
文章 Rust 语言简介, 作者是Sunface
sunface发表了微博好像微博没Tweet好用
sunface发表了微博好像微博没Tweet好用
```
```
@ -85,7 +85,7 @@ sunface发表了微博好像微博没Tweet好用
#### 特征定义与实现的位置(孤儿规则)
#### 特征定义与实现的位置(孤儿规则)
上面我们将 `Summary` 定义成了 `pub` 公开的。这样，如果他人想要使用我们的 `Summary` 特征，则可以引入到他们的包中，然后再进行实现。
上面我们将 `Summary` 定义成了 `pub` 公开的。这样，如果他人想要使用我们的 `Summary` 特征，则可以引入到他们的包中，然后再进行实现。
关于特征实现与定义的位置，有一条非常重要的原则：**如果你想要为类型 `A` 实现特征 `T` ，那么 `A` 或者 `T `至少有一个是在当前作用域中定义的！**。例如我们可以为上面的 `Post` 类型实现标准库中的 `Display` 特征，这是因为 `Post` 类型定义在当前的作用域中。同时，我们也可以在当前包中为 `String` 类型实现 `Summary` 特征，因为 `Summary` 定义在当前作用域中。
关于特征实现与定义的位置，有一条非常重要的原则：**如果你想要为类型 `A` 实现特征 `T` ，那么 `A` 或者 `T ` 至少有一个是在当前作用域中定义的！**。例如我们可以为上面的 `Post` 类型实现标准库中的 `Display` 特征，这是因为 `Post` 类型定义在当前的作用域中。同时，我们也可以在当前包中为 `String` 类型实现 `Summary` 特征，因为 `Summary` 定义在当前作用域中。
但是你无法在当前作用域中，为 `String` 类型实现 `Display` 特征，因为它们俩都定义在标准库中，其定义所在的位置都不在当前作用域，跟你半毛钱关系都没有，看看就行了。
但是你无法在当前作用域中，为 `String` 类型实现 `Display` 特征，因为它们俩都定义在标准库中，其定义所在的位置都不在当前作用域，跟你半毛钱关系都没有，看看就行了。
@ -112,7 +112,7 @@ impl Summary for Weibo {
}
}
```
```
可以看到，`Post`选择了默认实现，而`Weibo`重载了该方法，调用和输出如下：
可以看到，`Post` 选择了默认实现，而 `Weibo` 重载了该方法，调用和输出如下：
```rust
```rust
println!("{}",post.summarize());
println!("{}",post.summarize());
println!("{}",weibo.summarize());
println!("{}",weibo.summarize());
@ -168,7 +168,7 @@ pub fn notify<T: Summary>(item: &T) {
println!("Breaking news! {}", item.summarize());
println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}
}
```
```
真正的完整书写形式如上所述，形如`T:Summary`被称为**特征约束**。
真正的完整书写形式如上所述，形如 `T: Summary` 被称为**特征约束**。
在简单的场景下 `impl Trait` 的语法就足够使用，但是对于复杂的场景，特征约束可以让我们拥有更大的灵活性和语法表现能力，例如一个函数接受两个 `impl Summary` 的参数：
在简单的场景下 `impl Trait` 的语法就足够使用，但是对于复杂的场景，特征约束可以让我们拥有更大的灵活性和语法表现能力，例如一个函数接受两个 `impl Summary` 的参数：
```rust
```rust
@ -192,7 +192,7 @@ pub fn notify(item: &(impl Summary + Display)) {
```rust
```rust
pub fn notify< T: Summary + Display > (item: & T) {}
pub fn notify< T: Summary + Display > (item: & T) {}
```
```
通过这两个特征，就可以使用 `item.summarize` 方法，以及通过 `println!("{}", item)` 来格式化输出 `item` 。
通过这两个特征，就可以使用 `item.summarize` 方法，以及通过 `println!("{}", item)` 来格式化输出 `item` 。
#### Where约束
#### Where约束
当特征约束变得很多时，函数的签名将变得很复杂：
当特征约束变得很多时，函数的签名将变得很复杂：
@ -237,7 +237,7 @@ impl<T: Display + PartialOrd> Pair<T> {
}
}
```
```
`cmd_display` 方法，并不是所有的 `Pair<T>` 结构体对象都可以拥有，只有 `T` 同时实现了 `Display + PartialOrd` 的`Part`cmd_display` 方法，并不是所有的 `Pair<T>` 结构体对象都可以拥有，只有 `T` 同时实现了 `Display + PartialOrd` 的 `Part<T>`
该函数可读性会更好，因为泛型参数、参数、返回值都在一起，可以快速的阅读，同时每个泛型参数的特征也在新的代码行中通过**特征约束**进行了约束。
该函数可读性会更好，因为泛型参数、参数、返回值都在一起，可以快速的阅读，同时每个泛型参数的特征也在新的代码行中通过**特征约束**进行了约束。
**也可以有条件的实现特征**, 例如，标准库为任何实现了 `Display` 特征的类型实现了 `ToString` 特征：
**也可以有条件的实现特征**, 例如，标准库为任何实现了 `Display` 特征的类型实现了 `ToString` 特征：
@ -253,8 +253,8 @@ let s = 3.to_string();
```
```
## 函数返回中的`impl Trait`
## 函数返回中的 `impl Trait`
可以通过`impl Trait`来说明一个函数返回了一个类型，该类型实现了某个特征：
可以通过 `impl Trait` 来说明一个函数返回了一个类型，该类型实现了某个特征：
```rust
```rust
fn returns_summarizable() -> impl Summary {
fn returns_summarizable() -> impl Summary {
Weibo {
Weibo {
@ -268,7 +268,7 @@ fn returns_summarizable() -> impl Summary {
因为 `Weibo` 实现了 `Summary` ，因此这里可以用它来作为返回值。要注意的是，虽然我们知道这里是一个 `Weibo` 类型，但是对于 `returns_summarizable` 的调用者而言，他只知道返回了一个实现了 `Summary` 特征的对象，但是并不知道返回了一个 `Weibo` 类型。
因为 `Weibo` 实现了 `Summary` ，因此这里可以用它来作为返回值。要注意的是，虽然我们知道这里是一个 `Weibo` 类型，但是对于 `returns_summarizable` 的调用者而言，他只知道返回了一个实现了 `Summary` 特征的对象，但是并不知道返回了一个 `Weibo` 类型。
这种 `impl Trait` 形式的返回值，在一种场景下非常非常有用，那就是返回的真实类型非常复杂，你不知道该怎么声明时(毕竟Rust要求你必须标出所有的类型)，此时就可以用 `impl Trait` 的方式简单返回。例如，闭包和迭代器就是很复杂，只有编译器才知道那玩意的真实类型，如果让你写出来它们的具体类型，我估计想杀人的心都有，好在你可以用 `impl Iterator` 来告诉调用者，返回了一个迭代器，因为所有迭代器都会实现 `Iterator` 特征。
这种 `impl Trait` 形式的返回值，在一种场景下非常非常有用，那就是返回的真实类型非常复杂，你不知道该怎么声明时(毕竟 Rust 要求你必须标出所有的类型)，此时就可以用 `impl Trait` 的方式简单返回。例如，闭包和迭代器就是很复杂，只有编译器才知道那玩意的真实类型，如果让你写出来它们的具体类型，我估计想杀人的心都有，好在你可以用 `impl Iterator` 来告诉调用者，返回了一个迭代器，因为所有迭代器都会实现 `Iterator` 特征。
但是这种返回值方式有一个很大的限制：只能有一个具体的类型，例如：
但是这种返回值方式有一个很大的限制：只能有一个具体的类型，例如：
```rust
```rust
@ -304,10 +304,10 @@ expected struct `Post`, found struct `Weibo`
报错提示我们 `if` 和 `else` 返回了不同的类型。如果想要实现返回不同的类型，需要使用下一章节中的[特征对象](./trait-object.md)。
报错提示我们 `if` 和 `else` 返回了不同的类型。如果想要实现返回不同的类型，需要使用下一章节中的[特征对象](./trait-object.md)。
## 修复上一节中的`largest`函数
## 修复上一节中的 `largest` 函数
还记得上一节中的[例子](./generic#泛型详解)吧, 当时留下一个疑问，该如何解决编译报错：
还记得上一节中的[例子](./generic#泛型详解)吧，
```rust
```rust
error[E0369]: binary operation `>` cannot be applied to type `T` // 无法在`T`类型上应用`>`运算符
error[E0369]: binary operation `>` cannot be applied to type `T` // 无法在 `T` 类型上应用`>`运算符
--> src/main.rs:5:17
--> src/main.rs:5:17
|
|
5 | if item > largest {
5 | if item > largest {
@ -315,13 +315,13 @@ error[E0369]: binary operation `>` cannot be applied to type `T` // 无法在`T`
| |
| |
| T
| T
|
|
help: consider restricting type parameter `T` // 考虑使用以下的特征来约束T
help: consider restricting type parameter `T` // 考虑使用以下的特征来约束 ` T`
|
|
1 | fn largest< T: std::cmp::PartialOrd > (list: & [T]) -> T {
1 | fn largest< T: std::cmp::PartialOrd > (list: & [T]) -> T {
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
```
```
在 `largest` 函数体中我们想要使用大于运算符（>）比较两个 `T` 类型的值。这个运算符是标准库中特征 `std::cmp::PartialOrd` 的一个默认方法。所以需要在 `T` 的特征约束中指定 `PartialOrd` ，这样 `largest` 函数可以用于内部元素类型可比较大小的数组切片。
在 `largest` 函数体中我们想要使用大于运算符（` >` ）比较两个 `T` 类型的值。这个运算符是标准库中特征 `std::cmp::PartialOrd` 的一个默认方法。所以需要在 `T` 的特征约束中指定 `PartialOrd` ，这样 `largest` 函数可以用于内部元素类型可比较大小的数组切片。
由于 `PartialOrd` 位于 `prelude` 中所以并不需要通过 `std::cmp` 手动将其引入作用域。所以可以将 `largest` 的签名修改为如下：
由于 `PartialOrd` 位于 `prelude` 中所以并不需要通过 `std::cmp` 手动将其引入作用域。所以可以将 `largest` 的签名修改为如下：
```rust
```rust
@ -349,9 +349,9 @@ error[E0507]: cannot move out of borrowed content
| cannot move out of borrowed content
| cannot move out of borrowed content
```
```
错误的核心是 `cannot move out of type [T], a non-copy slice` ， 原因是`T`没有[实现`Copy`特性](../ownership/ownership.md#拷贝(浅拷贝))，因此我们只能把所有权进行转移，毕竟只有`i32`等基础类型才实现了 `Copy` 特性，可以存储在栈上，而 `T` 可以指代任何类型(严格来说是实现了`PartialOrd`特征的所有类型) 。
错误的核心是 `cannot move out of type [T], a non-copy slice` ，原因是 `T` 没有[实现 `Copy` 特性](../ownership/ownership.md#拷贝(浅拷贝))，因此我们只能把所有权进行转移，毕竟只有 `i32` 等基础类型才实现了 `Copy` 特性，可以存储在栈上，而 `T` 可以指代任何类型（严格来说是实现了 `PartialOrd` 特征的所有类型） 。
因此， `Copy` 特性，我们可以增加特征约束：
因此，为了让 ` T` 拥有 `Copy` 特性，我们可以增加特征约束：
```rust
```rust
fn largest< T: PartialOrd + Copy > (list: & [T]) -> T {
fn largest< T: PartialOrd + Copy > (list: & [T]) -> T {
let mut largest = list[0];
let mut largest = list[0];
@ -378,21 +378,21 @@ fn main() {
}
}
```
```
如果并不希望限制 `largest` 函数只能用于实现了 `Copy` 特征的类型，我们可以在 `T` 的特征约束中指定 [`Clone` 特征](../ownership/ownership.md#克隆(深拷贝 )) 而不是 `Copy` 特征。并克隆 `list` 中的每一个值使得 `largest` 函数拥有其所有权。使用 `clone` 函数意味着对于类似 `String` 这样拥有堆上数据的类型，会潜在地分配更多堆上空间，而堆分配在涉及大量数据时可能会相当缓慢。
如果并不希望限制 `largest` 函数只能用于实现了 `Copy` 特征的类型，我们可以在 `T` 的特征约束中指定 [`Clone` 特征](../ownership/ownership.md#克隆(深拷贝 )) 而不是 `Copy` 特征。并克隆 `list` 中的每一个值使得 `largest` 函数拥有其所有权。使用 `clone` 函数意味着对于类似 `String` 这样拥有堆上数据的类型，会潜在地分配更多堆上空间，而堆分配在涉及大量数据时可能会相当缓慢。
另一种 `largest` 的实现方式是返回在 `list` 中 `T` 值的引用。如果我们将函数返回值从 `T` 改为 `&T` 并改变函数体使其能够返回一个引用，我们将不需要任何 `Clone` 或 `Copy` 的特征约束而且也不会有任何的堆分配。尝试自己实现这种替代解决方式吧！
另一种 `largest` 的实现方式是返回在 `list` 中 `T` 值的引用。如果我们将函数返回值从 `T` 改为 `&T` 并改变函数体使其能够返回一个引用，我们将不需要任何 `Clone` 或 `Copy` 的特征约束而且也不会有任何的堆分配。尝试自己实现这种替代解决方式吧！
## 通过`derive`派生特征
## 通过 `derive` 派生特征
在本书中，形如 `#[derive(Debug)]` 的代码已经出现了很多次，这种是一种特征派生语法，被 `derive` 标记的对象会自动实现对应的默认特征代码，继承相应的功能。
在本书中，形如 `#[derive(Debug)]` 的代码已经出现了很多次，这种是一种特征派生语法，被 `derive` 标记的对象会自动实现对应的默认特征代码，继承相应的功能。
例如 `Debug` 特征，它有一套自动实现的默认代码，当你给一个结构体标记后，就可以使用 `println!("{:?}", s)` 的形式打印该结构体的对象。
例如 `Debug` 特征，它有一套自动实现的默认代码，当你给一个结构体标记后，就可以使用 `println!("{:?}", s)` 的形式打印该结构体的对象。
再如 `Copy` 特征，它也有一套自动实现的默认代码，当标记到一个类型上时，可以让这个类型自动实现 `Copy` 特征，进而可以调用 `copy` 方法，进行自我复制。
再如 `Copy` 特征，它也有一套自动实现的默认代码，当标记到一个类型上时，可以让这个类型自动实现 `Copy` 特征，进而可以调用 `copy` 方法，进行自我复制。
总之，`derive` 派生出来的是Rust默认给我们提供的特征， ， ， ，
总之，`derive` 派生出来的是 Rust 默认给我们提供的特征，在开发过程中极大的简化了自己手动实现相应特征的需求，当然，如果你有特殊的需求，还可以自己手动重载该实现。
详细的 `derive` 列表参加 [附录-派生特征](../../appendix/derive.md)。
详细的 `derive` 列表参见 [附录-派生特征](../../appendix/derive.md)。
## 调用方法需要引入特征
## 调用方法需要引入特征
在一些场景中，使用 `as` 关键字做类型转换会有比较大的限制，因为你想要在类型转换上拥有完全的控制，例如处理转换错误，那么你将需要 `TryInto` ：
在一些场景中，使用 `as` 关键字做类型转换会有比较大的限制，因为你想要在类型转换上拥有完全的控制，例如处理转换错误，那么你将需要 `TryInto` ：
@ -415,13 +415,13 @@ fn main() {
上面代码中引入了 `std::convert::TryInto` 特征，但是却没有使用它，可能有些同学会为此困惑，主要原因在于**如果你要使用一个特征的方法，那么你需要引入该特征到当前的作用域中**，我们在上面用到了 `try_into` 方法，因此需要引入对应的特征。
上面代码中引入了 `std::convert::TryInto` 特征，但是却没有使用它，可能有些同学会为此困惑，主要原因在于**如果你要使用一个特征的方法，那么你需要引入该特征到当前的作用域中**，我们在上面用到了 `try_into` 方法，因此需要引入对应的特征。
但是Rust又提供了一个非常便利的办法， `std::convert::TryInto` ，你可以尝试删除第一行的代码 `use ...` ，看看是否会报错.
但是 Rust 又提供了一个非常便利的办法，即把最常用的标准库中的特征通过 [ 模块提前引入到当前作用域中，其中包括了 `std::convert::TryInto` ，你可以尝试删除第一行的代码 `use ...` ，看看是否会报错。
## 几个综合例子
## 几个综合例子
#### 为自定义类型实现`+`操作
#### 为自定义类型实现 `+` 操作
在Rust中除了数值类型的加法， ， `std::ops::Add` 特征，同理，如果我们为自定义类型实现了该特征，那就可以自己实现 `Point1 + Point2` 的操作:
在 Rust 中除了数值类型的加法，`String` 也可以做[加法](../compound-type/string-slice.md#操作字符串)，因为 Rust 为该类型实现了 `std::ops::Add` 特征，同理，如果我们为自定义类型实现了该特征，那就可以自己实现 `Point1 + Point2` 的操作:
```rust
```rust
use std::ops::Add;
use std::ops::Add;
@ -527,7 +527,7 @@ fn main() {
```
```
以上两个例子较为复杂， ， ，
以上两个例子较为复杂，目的是为读者展示下真实的使用场景长什么样，因此需要读者细细阅读，最终消化这些知识对于你的 Rust 之路会有莫大的帮助。
最后， ， ， ， ， ，
最后，特征和特征约束，是 Rust 中极其重要的概念，如果你还是没搞懂，强烈建议回头再看一遍，或者寻找相关的资料进行补充学习。如果已经觉得掌握了，那么就可以进入下一节的学习。
Sunface
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