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@ -1,6 +1,6 @@
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# 类型转换
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Rust 是类型安全的语言,因此在 Rust 中做类型转换不是一件简单的事,这一章节我们将对Rust中的类型转换进行详尽讲解。
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Rust 是类型安全的语言,因此在 Rust 中做类型转换不是一件简单的事,这一章节我们将对 Rust 中的类型转换进行详尽讲解。
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## `as`转换
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先来看一段代码:
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@ -17,7 +17,7 @@ fn main() {
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能跟着这本书一直学习到这里,说明你对 Rust 已经有了一定的理解,那么一眼就能看出这段代码注定会报错,因为 `a` 和 `b` 拥有不同的类型,Rust 不允许两种不同的类型进行比较。
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解决办法很简单,只要把 `b` 转换成 `i32` 类型即可,Rust中内置了一些基本类型之间的转换,这里使用 `as` 操作符来完成:`if a < (b as i32) {...}`。那么为什么不把 `a` 转换成 `u16` 类型呢?
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解决办法很简单,只要把 `b` 转换成 `i32` 类型即可,Rust 中内置了一些基本类型之间的转换,这里使用 `as` 操作符来完成: `if a < (b as i32) {...}`。那么为什么不把 `a` 转换成 `u16` 类型呢?
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因为每个类型能表达的数据范围不同,如果把范围较大的类型转换成较小的类型,会造成错误,因此我们需要把范围较小的类型转换成较大的类型,来避免这些问题的发生。
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@ -65,7 +65,7 @@ fn main() {
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就算 `e as U1 as U2` 是合法的,也不能说明 `e as U2` 是合法的(`e` 不能直接转换成 `U2`)。
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## TryInto转换
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在一些场景中,使用 `as` 关键字会有比较大的限制。如果你想要在类型转换上拥有完全的控制而不依赖内置的转换,例如处理转换错误,那么可以使用 `TryInto`:
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在一些场景中,使用 `as` 关键字会有比较大的限制。如果你想要在类型转换上拥有完全的控制而不依赖内置的转换,例如处理转换错误,那么可以使用 `TryInto` :
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```rust
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use std::convert::TryInto;
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@ -122,10 +122,10 @@ fn reinterpret(foo: Foo) -> Bar {
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}
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```
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简单粗暴,但是从另外一个角度来看,也挺啰嗦的,好在Rust为我们提供了更通用的方式来完成这个目的。
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简单粗暴,但是从另外一个角度来看,也挺啰嗦的,好在 Rust 为我们提供了更通用的方式来完成这个目的。
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#### 强制类型转换
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在某些情况下,类型是可以进行隐式强制转换的,虽然这些转换弱化了 Rust 的类型系统,但是它们的存在是为了让Rust在大多数场景可以工作(说白了,帮助用户省事),而不是报各种类型上的编译错误。
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在某些情况下,类型是可以进行隐式强制转换的,虽然这些转换弱化了 Rust 的类型系统,但是它们的存在是为了让 Rust 在大多数场景可以工作(说白了,帮助用户省事),而不是报各种类型上的编译错误。
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首先,在匹配特征时,不会做任何强制转换(除了方法)。一个类型 `T` 可以强制转换为 `U`,不代表 `impl T` 可以强制转换为 `impl U`,例如下面的代码就无法通过编译检查:
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```rust
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@ -154,7 +154,7 @@ error[E0277]: the trait bound `&mut i32: Trait` is not satisfied
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= note: `Trait` is implemented for `&i32`, but not for `&mut i32`
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```
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`&i32`实现了特征`Trait`,`&mut i32`可以转换为`&i32`,但是`&mut i32`依然无法作为`Trait`来使用。<!-- 这一段没读懂,代码中的例子好像和上面的文字描述关系不大 -->
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`&i32` 实现了特征 `Trait`, `&mut i32` 可以转换为 `&i32`,但是 `&mut i32` 依然无法作为 `Trait` 来使用。<!-- 这一段没读懂,代码中的例子好像和上面的文字描述关系不大 -->
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#### 点操作符
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方法调用的点操作符看起来简单,实际上非常不简单,它在调用时,会发生很多魔法般的类型转换,例如:自动引用、自动解引用,强制类型转换直到类型能匹配等。
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@ -162,10 +162,10 @@ error[E0277]: the trait bound `&mut i32: Trait` is not satisfied
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假设有一个方法 `foo`,它有一个接收器(接收器就是 `self`、`&self`、`&mut self` 参数)。如果调用 `value.foo()`,编译器在调用 `foo` 之前,需要决定到底使用哪个 `Self` 类型来调用。现在假设 `value` 拥有类型 `T`。
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再进一步,我们使用[完全限定语法](https://course.rs/basic/trait/advance-trait.html#完全限定语法)来进行准确的函数调用:
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1. 首先,编译器检查它是否可以直接调用`T::foo(value)`,称之为**值方法调用**
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2. 如果上一步调用无法完成(例如方法类型错误或者特征没有针对 `Self` 进行实现,上文提到过特征不能进行强制转换),那么编译器会尝试增加自动引用,以为着编译器会尝试以下调用:`<&T>::foo(value)`和`<&mut T>::foo(value)`,称之为**引用方法调用**
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3. 若上面两个方法依然不工作,编译器会试着解引用`T`,然后再进行尝试。这里使用了`Deref`特征 - 若`T: Deref<Target = U>`(`T`可以被解引用为`U`),那么编译器会使用`U`类型进行尝试,称之为**解引用方法调用**
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4. 若`T`不能被解引用,且`T`是一个定长类型(在编译器类型长度是已知的),那么编译器也会尝试将`T`从定长类型转为不定长类型,例如将`[i32; 2]`转为`[i32]`
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1. 首先,编译器检查它是否可以直接调用 `T::foo(value)`,称之为**值方法调用**
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2. 如果上一步调用无法完成(例如方法类型错误或者特征没有针对 `Self` 进行实现,上文提到过特征不能进行强制转换),那么编译器会尝试增加自动引用,以为着编译器会尝试以下调用: `<&T>::foo(value)` 和 `<&mut T>::foo(value)`,称之为**引用方法调用**
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3. 若上面两个方法依然不工作,编译器会试着解引用 `T` ,然后再进行尝试。这里使用了 `Deref` 特征 —— 若 `T: Deref<Target = U>` (`T` 可以被解引用为 `U`),那么编译器会使用 `U` 类型进行尝试,称之为**解引用方法调用**
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4. 若 `T` 不能被解引用,且 `T` 是一个定长类型(在编译器类型长度是已知的),那么编译器也会尝试将 `T` 从定长类型转为不定长类型,例如将 `[i32; 2]` 转为 `[i32]`
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5. 若还是不行,那...没有那了,最后编译器大喊一声:汝欺我甚,不干了!
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下面我们来用一个例子来解释上面的方法查找算法:
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@ -174,14 +174,14 @@ let array: Rc<Box<[T; 3]>> = ...;
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let first_entry = array[0];
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```
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`array`数组的底层数据隐藏在了重重封锁之后,那么编译器如何使用`array[0]`这种数组原生访问语法通过重重封锁,准确的访问到数组中的第一个元素?
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1. 首先,`array[0]`只是[`Index`](https://doc.rust-lang.org/std/ops/trait.Index.html)特征的语法糖: 编译器会将`array[0]`转换为`array.index(0)`调用,当然在调用之前,编译器会先检查`array`是否实现了`Index`特征.
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2. 接着,编译器检查`Rc<Box<[T; 3]>>`是否有否实现`Index`特征,结果是否,不仅如此,`&Rc<Box<[T; 3]>> `与`&mut Rc<Box<[T; 3]>>`也没有实现.
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3. 上面的都不能工作,编译器开始对`Rc<Box<[T; 3]>>`进行解引用,把它转变成`Box<[T; 3]>`
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4. 此时继续对`Box<[T; 3]>`进行上面的操作:`Box<[T; 3]>`,`&Box<[T; 3]>`,和`&mut Box<[T; 3]>`都没有实现`Index`特征,所以编译器开始对`Box<[T; 3]>`进行解引用,然后我们得到了`[T; 3]`
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5. `[T; 3]`以及它的各种引用都没有实现`Index`索引(是不是很反直觉:D,在直觉中,数组都可以通过索引访问,实际上只有数组切片才可以!),它也不能再进行解引用,因此编译器只能祭出最后的大杀器:将定长转为不定长,因此`[T; 3]`被转换成`[T]`,也就是数组切片,它实现了`Index`特征,因此最终我们可以通过`index`方法访问到对应的元素.
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`array` 数组的底层数据隐藏在了重重封锁之后,那么编译器如何使用 `array[0]` 这种数组原生访问语法通过重重封锁,准确的访问到数组中的第一个元素?
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1. 首先, `array[0]` 只是[`Index`](https://doc.rust-lang.org/std/ops/trait.Index.html)特征的语法糖:编译器会将 `array[0]` 转换为 `array.index(0)` 调用,当然在调用之前,编译器会先检查 `array` 是否实现了 `Index` 特征。
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2. 接着,编译器检查 `Rc<Box<[T; 3]>>` 是否有否实现 `Index` 特征,结果是否,不仅如此,`&Rc<Box<[T; 3]>>` 与 `&mut Rc<Box<[T; 3]>>` 也没有实现。
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3. 上面的都不能工作,编译器开始对 `Rc<Box<[T; 3]>>` 进行解引用,把它转变成 `Box<[T; 3]>`
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4. 此时继续对 `Box<[T; 3]>` 进行上面的操作 :`Box<[T; 3]>`, `&Box<[T; 3]>`,和 `&mut Box<[T; 3]>` 都没有实现 `Index` 特征,所以编译器开始对 `Box<[T; 3]>` 进行解引用,然后我们得到了 `[T; 3]`
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5. `[T; 3]` 以及它的各种引用都没有实现 `Index` 索引(是不是很反直觉:D,在直觉中,数组都可以通过索引访问,实际上只有数组切片才可以!),它也不能再进行解引用,因此编译器只能祭出最后的大杀器:将定长转为不定长,因此 `[T; 3]` 被转换成 `[T]`,也就是数组切片,它实现了 `Index` 特征,因此最终我们可以通过 `index` 方法访问到对应的元素。
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过程看起来很复杂,但是也还好挺好理解,如果你先不能彻底理解,也不要紧,等以后对Rust理解更深了,同时需要深入理解类型转换时,再来细细品读本章。
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过程看起来很复杂,但是也还好,挺好理解,如果你现在不能彻底理解,也不要紧,等以后对 Rust 理解更深了,同时需要深入理解类型转换时,再来细细品读本章。
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再来看看以下更复杂的例子:
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```rust
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@ -189,20 +189,20 @@ fn do_stuff<T: Clone>(value: &T) {
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let cloned = value.clone();
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}
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```
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上面例子中`cloned`的类型时什么?首先编译器检查能不能进行**值方法调用**,`value`的类型是`&T`,同时`clone`方法的签名也是`&T`: `fn clone(&T) -> T`,因此可以进行值方法调用,再加上编译器知道了`T`实现了`Clone`,因此`cloned`的类型是`T`。
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上面例子中 `cloned` 的类型时什么?首先编译器检查能不能进行**值方法调用**, `value` 的类型是 `&T`,同时 `clone` 方法的签名也是 `&T` : `fn clone(&T) -> T`,因此可以进行值方法调用,再加上编译器知道了 `T` 实现了 `Clone`,因此 `cloned` 的类型是 `T`。
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如果`T: Clone`的特征约束被移除呢?
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如果 `T: Clone` 的特征约束被移除呢?
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```rust
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fn do_stuff<T>(value: &T) {
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let cloned = value.clone();
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}
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```
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首先,从直觉上来说,该方法会报错,因为`T`没有实现`Clone`特征,但是真实情况是什么呢?
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首先,从直觉上来说,该方法会报错,因为 `T` 没有实现 `Clone` 特征,但是真实情况是什么呢?
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我们先来推导一番。 首先通过值方法调用就不再可行,因此`T`没有实现`Clone`特征,也就无法调用`T`的`clone`方法。接着编译器尝试**引用方法调用**,此时`T`变成`&T`,在这种情况下,`clone`方法的签名如下:`fn clone(&&T) -> &T`,接着我们现在对`value`进行了引用。 编译器发现`&T`实现了`Clone`类型(所有的引用类型都可以被复制,因为其实就是复制一份地址),因此可以可以推出`cloned`也是`&T`类型。
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我们先来推导一番。 首先通过值方法调用就不再可行,因为 `T` 没有实现 `Clone` 特征,也就无法调用 `T` 的 `clone` 方法。接着编译器尝试**引用方法调用**,此时 `T` 变成 `&T`,在这种情况下, `clone` 方法的签名如下: `fn clone(&&T) -> &T`,接着我们现在对 `value` 进行了引用。 编译器发现 `&T` 实现了 `Clone` 类型(所有的引用类型都可以被复制,因为其实就是复制一份地址),因此可以可以推出 `cloned` 也是 `&T` 类型。
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最终,我们复制出一份引用指针,这很合理,因为值类型`T`没有实现`Clone`,只能去复制一个指针了。
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最终,我们复制出一份引用指针,这很合理,因为值类型 `T` 没有实现 `Clone`,只能去复制一个指针了。
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下面的例子也是自动引用生效的地方:
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```rust
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@ -215,13 +215,13 @@ fn clone_containers<T>(foo: &Container<i32>, bar: &Container<T>) {
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}
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```
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推断下上面的`foo_cloned`和`bar_cloned`是什么类型?提示: 关键在`Container`的泛型参数,一个是`i32`的具体类型,一个是泛型类型,其中`i32`实现了`Clone`,但是`T`并没有.
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推断下上面的 `foo_cloned` 和 `bar_cloned` 是什么类型?提示: 关键在 `Container` 的泛型参数,一个是 `i32` 的具体类型,一个是泛型类型,其中 `i32` 实现了 `Clone`,但是 `T` 并没有。
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首先要复习一下复杂类型派生`Clone`的规则:一个复杂类型能否派生`Clone`,需要它内部的所有子类型都能进行`Clone`。因此`Container<T>(Arc<T>)`是否实现`Clone`的关键在于`T`类型是否实现了`Clone`.
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首先要复习一下复杂类型派生 `Clone` 的规则:一个复杂类型能否派生 `Clone`,需要它内部的所有子类型都能进行 `Clone`。因此 `Container<T>(Arc<T>)` 是否实现 `Clone` 的关键在于 `T` 类型是否实现了 `Clone` 特征。
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上面代码中,`Container<i32>`实现了`Clone`特征,因此编译器可以直接进行值方法调用,此时相当于直接调用`foo.clone`,其中`clone`的函数签名是`fn clone(&T) -> T`,由此可以看出`foo_cloned`的类型是`Container<i32>`.
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上面代码中,`Container<i32>` 实现了 `Clone` 特征,因此编译器可以直接进行值方法调用,此时相当于直接调用 `foo.clone`,其中 `clone` 的函数签名是 `fn clone(&T) -> T`,由此可以看出 `foo_cloned` 的类型是 `Container<i32>`。
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然而,`bar_cloned`的类型却是`&Container<T>`.这个不合理啊,明明我们为`Container<T>`派生了`Clone`特征,因此它也应该是`Container<T>`类型才对。万事皆有因,我们先来看下`derive`宏最终生成的代码大概是啥样的:
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然而,`bar_cloned` 的类型却是 `&Container<T>`,这个不合理啊,明明我们为 `Container<T>` 派生了 `Clone` 特征,因此它也应该是 `Container<T>` 类型才对。万事皆有因,我们先来看下 `derive` 宏最终生成的代码大概是啥样的:
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```rust
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impl<T> Clone for Container<T> where T: Clone {
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fn clone(&self) -> Self {
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@ -230,11 +230,11 @@ impl<T> Clone for Container<T> where T: Clone {
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}
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```
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从上面代码可以看出,派生`Clone`能实现的[根本是`T`实现了`Clone`特征](https://doc.rust-lang.org/std/clone/trait.Clone.html#derivable):`where T: Clone`, 因此`Container<T>`就没有实现`Clone`特征。
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从上面代码可以看出,派生 `Clone` 能实现的根本是 `T` 实现了[`Clone`特征](https://doc.rust-lang.org/std/clone/trait.Clone.html#derivable):`where T: Clone`, 因此 `Container<T>` 就没有实现 `Clone` 特征。
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编译器接着会去尝试引用方法调用,此时`&Container<T>`引用实现了`Clone`,最终可以得出`bar_cloned`的类型是`&Container<T>`。
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编译器接着会去尝试引用方法调用,此时 `&Container<T>` 引用实现了 `Clone`,最终可以得出 `bar_cloned` 的类型是 `&Container<T>`。
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当然,也可以为`Container<T>`手动实现`Clone`特征:
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当然,也可以为 `Container<T>` 手动实现 `Clone` 特征:
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```rust
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impl<T> Clone for Container<T> {
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fn clone(&self) -> Self {
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@ -243,9 +243,9 @@ impl<T> Clone for Container<T> {
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}
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```
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此时,编译器首次尝试值方法调用即可通过,因此`bar_cloned`的类型变成`Container<T>`.
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此时,编译器首次尝试值方法调用即可通过,因此 `bar_cloned` 的类型变成 `Container<T>`。
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这一块儿内容真的挺复杂,每一个坚持看完的读者都是真正的勇士,我也是:为了写好这块儿内容,作者足足花了4个小时!
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这一块儿内容真的挺复杂,每一个坚持看完的读者都是真正的勇士,我也是:为了写好这块儿内容,作者足足花了 **4** 个小时!
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#### 变形记(Transmutes)
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@ -253,20 +253,20 @@ impl<T> Clone for Container<T> {
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类型系统,你让开!我要自己转换这些类型,不成功便成仁!虽然本书大多是关于安全的内容,我还是希望你能仔细考虑避免使用本章讲到的内容。这是你在 Rust 中所能做到的真真正正、彻彻底底、最最可怕的非安全行为,在这里,所有的保护机制都形同虚设。
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先让你看看深渊长什么样,开开眼,然后你再决定是否深入: `mem::transmute<T, U>`将类型`T`直接转成类型`U`,唯一的要求就是,这两个类型占用同样大小的字节数!我的天,这也算限制?这简直就是无底线的转换好吧?看看会导致什么问题:
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1. 首先也是最重要的,转换后创建一个任意类型的实例会造成无法想象的混乱,而且根本无法预测。不要把`3`转换成`bool`类型,就算你根本不会去使用该`bool`类型,也不要去这样转换。
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先让你看看深渊长什么样,开开眼,然后你再决定是否深入: `mem::transmute<T, U>` 将类型 `T` 直接转成类型 `U`,唯一的要求就是,这两个类型占用同样大小的字节数!我的天,这也算限制?这简直就是无底线的转换好吧?看看会导致什么问题:
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1. 首先也是最重要的,转换后创建一个任意类型的实例会造成无法想象的混乱,而且根本无法预测。不要把 `3` 转换成 `bool` 类型,就算你根本不会去使用该 `bool` 类型,也不要去这样转换
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2. 变形后会有一个重载的返回类型,即使你没有指定返回类型,为了满足类型推导的需求,依然会产生千奇百怪的类型
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3. 将`&`变形为`&mut`是未定义的行为
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3. 将 `&` 变形为 `&mut` 是未定义的行为
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- 这种转换永远都是未定义的
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- 不,你不能这么做
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- 不要多想,你没有那种幸运
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4. 变形为一个未指定生命周期的引用会导致[无界生命周期](../advance/lifetime/advance.md)
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5. 在复合类型之间互相变换时,你需要保证它们的排列布局是一模一样的!一旦不一样,那么字段就会得到不可预期的值,这也是未定义的行为,至于你会不会因此愤怒,who cares,你都用了变形了,老兄!
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5. 在复合类型之间互相变换时,你需要保证它们的排列布局是一模一样的!一旦不一样,那么字段就会得到不可预期的值,这也是未定义的行为,至于你会不会因此愤怒, **WHO CARES** ,你都用了变形了,老兄!
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对于第5条,你该如何知道内存的排列布局是一样的呢?对于`repr(C)`类型和`repr(transparent)`类型来说,它们的布局是有着精确定义的。但是对于你自己的"普通却自信"的Rust类型`repr(Rust)`来说,它可不是有着精确定义的。甚至同一个泛型类型的不同实例都可以有不同的内存布局。`Vec<i32>`和`Vec<u32>`它们的字段可能有着相同的顺序,也可能没有。对于数据排列布局来说,什么能保证,什么不能保证目前还在Rust开发组的[工作任务](https://rust-lang.github.io/unsafe-code-guidelines/layout.html)中呢.
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对于第5条,你该如何知道内存的排列布局是一样的呢?对于 `repr(C)` 类型和 `repr(transparent)` 类型来说,它们的布局是有着精确定义的。但是对于你自己的"普通却自信"的 Rust 类型 `repr(Rust)` 来说,它可不是有着精确定义的。甚至同一个泛型类型的不同实例都可以有不同的内存布局。 `Vec<i32>` 和 `Vec<u32>` 它们的字段可能有着相同的顺序,也可能没有。对于数据排列布局来说,**什么能保证,什么不能保证**目前还在 Rust 开发组的[工作任务](https://rust-lang.github.io/unsafe-code-guidelines/layout.html)中呢。
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你以为你之前凝视的是深渊吗?不,你凝视的只是深渊的大门。`mem::transmute_copy<T, U>`才是真正的深渊,它比之前的还要更加危险和不安全。它从`T`类型中拷贝出`U`类型所需的字节数,然后转换成`U`。`mem::transmute`尚有大小检查,能保证两个数据的内存大小一致,现在这哥们干脆连这个也丢了,只不过`U`的尺寸若是比`T`大,会是一个未定义行为。
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你以为你之前凝视的是深渊吗?不,你凝视的只是深渊的大门。 `mem::transmute_copy<T, U>` 才是真正的深渊,它比之前的还要更加危险和不安全。它从 `T` 类型中拷贝出 `U` 类型所需的字节数,然后转换成 `U`。 `mem::transmute` 尚有大小检查,能保证两个数据的内存大小一致,现在这哥们干脆连这个也丢了,只不过 `U` 的尺寸若是比 `T` 大,会是一个未定义行为。
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当然,你也可以通过原生指针转换和`unions`(todo!)获得所有的这些功能,但是你将无法获得任何编译提示或者检查。原生指针转换和`unions`也不是魔法,无法逃避上面说的规则。
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当然,你也可以通过原生指针转换和 `unions` (todo!)获得所有的这些功能,但是你将无法获得任何编译提示或者检查。原生指针转换和 `unions` 也不是魔法,无法逃避上面说的规则。
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