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@ -1,9 +1,9 @@
# 泛型Generics
Go语言在2022年，就要正式引入泛型，被视为在1.0版本后，语言特性发展迈出的一大步，那么为什么泛型这么重要？到底什么是泛型？以及Rust的泛型又有几种？
Go语言在2022年，就要正式引入泛型，被视为在1.0版本后，语言特性发展迈出的一大步，为什么泛型这么重要？到底什么是泛型？Rust的泛型有几种？
本章将一一为你讲解。
我们在编程中，经常有这样的需求：用同一功能的函数处理不同类型的数据，例如两个数的加法，无论是整数还是浮点数，甚至是自定义类型，都能进行支持。在不支持泛型的编程语言中，通常需要为每一种类型编写一个函数：
我们在编程中，经常有这样的需求：用同一功能的函数处理不同类型的数据，例如两个数的加法，这两个数可以是整数，也可以是浮点数，甚至是自定义类型，都能进行支持。在不支持泛型的编程语言中，通常需要为每一种类型编写一个函数：
```rust
fn add_i8(a:i8, b:i8) -> i8 {
a + b
@ -22,13 +22,13 @@ fn main() {
}
```
上述代码可以正常运行，但是很啰嗦，如果你要支持全部的类型，那么更是极其繁琐。程序员或多或少都有强迫症，一个好程序员的公认特征就是 - 懒，这么勤快的写一大堆代码，显然不是咱们的优良传统，是不？
上述代码可以正常运行，但是很啰嗦，如果你要支持更多的类型，那么会更繁琐。程序员或多或少都有强迫症，一个好程序员的公认特征就是 - 懒，这么勤快的写一大堆代码，显然不是咱们的优良传统，是不？
在开始讲解Rust的泛型之前，先来看看何为多态。
在开始讲解Rust的泛型之前，先来看看什么是多态。
在编程的时候，我们经常利用多态。通俗的讲，多态就是好比坦克的炮管，既可以发射普通弹药，也可以发射制导炮弹（导弹），也可以发射贫铀穿甲弹，甚至发射子母弹，大家都不想为每一种炮弹都在坦克上分别安装一个专用炮管，即使生产商愿意，炮手也不愿意，累死人啊。所以在编程开发中，我们也需要这样“通用的炮管”，这个“通用的炮管”就是多态。
在编程的时候，我们经常利用多态。通俗的讲，多态就是好比坦克的炮管，这个炮管既可以发射普通弹药，也可以发射制导炮弹（导弹），也可以发射贫铀穿甲弹，甚至发射子母弹，没有必要为每一种炮弹都在坦克上分别安装一个专用炮管，即使生产商愿意，炮手也不愿意，累死人啊。所以在编程开发中，我们也需要这样“通用的炮管”，这个“通用的炮管”就是多态。
实际上，泛型就是一种多态。泛型主要目的是为程序员提供了编程的便利，减少代码的臃肿,同时极大丰富了语言本身的表达能力, 为程序员提供了一个合适的炮管。想想，一个函数，代替了几十个，甚至数百个函数，是一件多么让人兴奋的事情:
实际上，泛型就是一种多态。泛型主要目的是为程序员提供编程的便利，减少代码的臃肿，同时极大丰富语言本身的表达能力，为程序员提供了一个合适的炮管。想想，一个函数，可以代替几十个，甚至数百个函数，是一件多么让人兴奋的事情：
```rust
fn add<T>(a:T, b:T) -> T {
a + b
@ -43,15 +43,15 @@ fn main() {
将之前的代码改成上面这样，就是Rust泛型的初印象，这段代码虽然很简洁，但是并不能编译通过，我们会在后面进行详细讲解，现在只要对泛型有个大概的印象即可。
## 泛型详解
上面代码的`T`就是**泛型参数**，在Rust中，泛型参数的名称实际上你可以任意起，但是出于惯例，我们都用`T`(`T`是`type`的首字母)来作为首选，同时越短越好，除非需要表达含义，否则一个字母是最完美的.
上面代码的 `T` 就是**泛型参数**，实际上在Rust中，泛型参数的名称你可以任意起，但是出于惯例，我们都用 `T` ( `T` 是 `type` 的首字母)来作为首选，这个名称越短越好，除非需要表达含义，否则一个字母是最完美的。
使用泛型参数，有一个先前条件：必需在使用前进行声明：
使用泛型参数，有一个先决条件，必需在使用前对泛型参数进行声明：
```rust
fn largest<T>(list: &[T]) -> T {
```
该泛型函数，是从列表中找出最大的值，其中列表中的元素类型为T。首先`largest<T>`对泛型参数`T`进行了声明，然后才在函数参数中进行使用该泛型参数`list: &[T]`(还记得`&[T]`类型吧？这是[数组切片](../compound-type/array#数组切片))。
该泛型函数的作用是从列表中找出最大的值，其中列表中的元素类型为T。首先 `largest<T>` 对泛型参数 `T` 进行了声明，然后才在函数参数中进行使用该泛型参数 `list: &[T]` (还记得 `&[T]` 类型吧？这是[数组切片](../compound-type/array#数组切片))。
总之，我们可以这样理解这个定义：函数`largest`有泛型类型`T`, 它有个参数 `list`，其类型是元素为 `T` 的数组切片, 最后，该函数返回值的类型也是`T`。
总之，我们可以这样理解这个函数定义：函数 `largest` 有泛型类型 `T`，它有个参数 `list`，其类型是元素为 `T` 的数组切片，最后，该函数返回值的类型也是 `T`。
具体的泛型函数实现如下：
```rust
@ -96,9 +96,9 @@ help: consider restricting type parameter `T` // 考虑对T进行类型上的限
| ++++++++++++++++++++++
```
因为T可以是任何类型，但是不是所有的类型都能进行比较，因此上面的错误中，编译器建议我们给`T`添加一个类型限制：使用`std::cmp::PartialOrd`特征对T进行限制，特征在下一节会详细介绍，现在你只要理解，该特征的目的就是让**类型实现可比较的功能**。
因为T可以是任何类型，但不是所有的类型都能进行比较，因此上面的错误中，编译器建议我们给 `T` 添加一个类型限制：使用 `std::cmp::PartialOrd` 特征（Trait）对T进行限制，特征在下一节会详细介绍，现在你只要理解，该特征的目的就是让**类型实现可比较的功能**。
还记得我们一开始的`add`泛型函数吗？如果你运行它，会得到以下的报错：
还记得我们一开始的 `add` 泛型函数吗？如果你运行它，会得到以下的报错：
```console
error[E0369]: cannot add `T` to `T` // 无法将`T`类型跟`T`类型进行相加
--> src/main.rs:2:7
@ -114,7 +114,7 @@ help: consider restricting type parameter `T`
| +++++++++++++++++++++++++++
```
同样的，不是所有`T`类型都能进行相加操作，因此我们需要用`std::ops::Add<Output = T>`对T进行限制:
同样的，不是所有`T`类型都能进行相加操作，因此我们需要用`std::ops::Add<Output = T>`对T进行限制：
```rust
fn add<T: std::ops::Add<Output = T>>(a:T, b:T) -> T {
a + b
@ -137,10 +137,10 @@ fn main() {
```
这里有两点需要特别的注意：
- **提前声明**, 跟泛型函数定义类似，首先我们在使用泛型参数之前必需要进行声明`Point<T>`，接着就可以在结构体的字段类型中使用`T`来替代具体的类型
- **提前声明**，跟泛型函数定义类似，首先我们在使用泛型参数之前必需要进行声明`Point<T>`，接着就可以在结构体的字段类型中使用`T`来替代具体的类型
- **x和y是相同的类型**
第二点非常重要，它会导致下面代码的报错：
第二点非常重要，如果使用不同的类型，那么它会导致下面代码的报错：
```rust
struct Point<T> {
x: T,
@ -162,9 +162,9 @@ error[E0308]: mismatched types //类型不匹配
```
当把`1`赋值给`x`时，变量`p`的`T`类型就被确定为整数类型，因此`y`也必须是整数类型，但是我们却给它赋予了浮点数，因此导致报错。
当把 `1` 赋值给 `x` 时，变量 `p` 的 `T` 类型就被确定为整数类型，因此 `y` 也必须是整数类型，但是我们却给它赋予了浮点数，因此导致报错。
如果想让`x`和`y`即能类型相同，又能类型不同，需要使用不同的泛型参数：
如果想让 `x` 和 `y` 即能类型相同，又能类型不同，需要使用不同的泛型参数：
```rust
struct Point<T,U> {
x: T,
@ -175,11 +175,11 @@ fn main() {
}
```
切记，所有的泛型参数都要提前声明: `Point<T,U>` ! 但是如果你的结构体变成这鬼样：`struct Woo<T,U,V,W,X>`，那么你需要考虑拆分这个结构体，减少泛型参数的个数和代码复杂度。
切记，所有的泛型参数都要提前声明：`Point<T,U>` ! 但是如果你的结构体变成这鬼样：`struct Woo<T,U,V,W,X>`，那么你需要考虑拆分这个结构体，减少泛型参数的个数和代码复杂度。
## 枚举中使用泛型
提到枚举类型，`Option`永远是第一个应该被想起来的，在之前的章节中，它也多次出现：
提到枚举类型，`Option` 永远是第一个应该被想起来的，在之前的章节中，它也多次出现：
```rust
enum Option<T> {
Some(T),
@ -187,9 +187,9 @@ enum Option<T> {
}
```
`Option<T>` 是一个拥有泛型 `T`, 它第一个成员是`Some(T)`,存放了一个类型为`T`的值。得益于泛型的引入，我们可以在任何一个需要返回值的函数中，去使用`Option<T>`枚举类型来做为返回值，用于返回一个任意类型的值`Some(T)`，或者没有值`None`.
`Option<T>` 是一个拥有泛型 `T`，它第一个成员是 `Some(T)`，存放了一个类型为`T`的值。得益于泛型的引入，我们可以在任何一个需要返回值的函数中，去使用 `Option<T>` 枚举类型来做为返回值，用于返回一个任意类型的值 `Some(T)`，或者没有值 `None`。
对于枚举而言，卧龙凤雏永远是绕不过去的存在：如果是`Option`是卧龙，那么`Result`就一定是凤雏，得两者可得天下:
对于枚举而言，卧龙凤雏永远是绕不过去的存在：如果是 `Option` 是卧龙，那么 `Result` 就一定是凤雏，得两者可得天下：
```rust
enum Result<T, E> {
Ok(T),
@ -197,12 +197,12 @@ enum Result<T, E> {
}
```
该枚举和`Option`一样，主要用于函数返回值，与`Option`用于值的存在与否不同，`Result`关注的主要是正确性。
这个枚举和 `Option` 一样，主要用于函数返回值，与 `Option` 用于值的存在与否不同，`Result `关注的主要是值的正确性。
如果函数正常运行，则最后返回一个`Ok(T)`，`T`是函数具体的返回值类型,如果函数异常运行，则返回一个`Err(E)`，`E`是错误类型。例如打开一个文件：当成功打开文件，返回`Ok(std::fs::File)`,因此`T` 对应的是 `std::fs::File` 类型；而当打开文件时出现问题时，返回`Err(std::io::Error)`, `E`对应的是`std::io::Error`类型。
如果函数正常运行，则最后返回一个 `Ok(T)`，`T` 是函数具体的返回值类型，如果函数异常运行，则返回一个 `Err(E)`，`E` 是错误类型。例如打开一个文件：如果成功打开文件，则返回`Ok(std::fs::File)`，因此 `T` 对应的是 `std::fs::File` 类型；而当打开文件时出现问题时，返回 `Err(std::io::Error)`，`E` 对应的就是`std::io::Error` 类型。
## 方法中使用泛型
上一章中，我们讲到何为方法以及如何在结构体和枚举上定义方法。方法上也可以使用泛型：
上一章中，我们讲到什么是方法以及如何在结构体和枚举上定义方法。方法上也可以使用泛型：
```rust
struct Point<T> {
x: T,
@ -222,7 +222,7 @@ fn main() {
}
```
使用泛型参数前，依然需要提前声明: `impl<T>`，只有提前声明了，我们才能在`Point<T>`中使用它, 这样`Rust`就知道`Point`的尖括号中的类型是泛型而不是具体类。需要注意的是，这里的`Point<T>`不再是泛型声明，而是一个完整的结构体类型，因为我们定义的结构体就是`Point<T>`而不再是`Point`。
使用泛型参数前，依然需要提前声明：`impl<T>`，只有提前声明了，我们才能在`Point<T>`中使用它，这样Rust就知道 `Point` 的尖括号中的类型是泛型而不是具体类型。需要注意的是，这里的 `Point<T>` 不再是泛型声明，而是一个完整的结构体类型，因为我们定义的结构体就是 `Point<T>` 而不再是 `Point`。
除了结构体中的泛型参数，我们还能在该结构体的方法中定义额外的泛型参数，就跟泛型函数一样：
@ -251,10 +251,10 @@ fn main() {
}
```
这个例子中，`T,U`是定义在结构体`Point`上的泛型参数，`V,W`是单独定义在方法`mixup`上的泛型参数，它们并不冲突，说白了，你可以理解为，一个是结构体泛型，一个是函数泛型。
这个例子中，`T,U` 是定义在结构体 `Point` 上的泛型参数，`V,W` 是单独定义在方法 `mixup` 上的泛型参数，它们并不冲突，说白了，你可以理解为，一个是结构体泛型，一个是函数泛型。
#### 为具体的泛型类型实现方法
对于`Point<T>`类型，你不仅能定义基于`T`的方法，还能针对特定的具体类型，进行方法定义：
对于 `Point<T>` 类型，你不仅能定义基于 `T` 的方法，还能针对特定的具体类型，进行方法定义：
```rust
impl Point<f32> {
fn distance_from_origin(&self) -> f32 {
@ -269,9 +269,9 @@ impl Point<f32> {
## const泛型（Rust 1.51版本引入的重要特性）
在之前的泛型中，可以抽象为一句话：针对类型实现的泛型，所有的泛型都是为了抽象不同的类型，那有没有针对值的泛型？可能很多同学感觉很难理解，值怎么使用泛型？不急，我们先从数组讲起。
前面讲解的泛型总结起来就是，针对类型实现的泛型，所有的泛型都是为了抽象不同的类型，那有没有针对值的泛型？可能很多同学感觉很难理解，值怎么使用泛型？不急，我们先从数组讲起。
在[数组](../compound-type/array.md)那节，有提到过很重要的一点：`[i32; 2]`和`[i32; 3]`是不同的数组类型，例如以下代码：
在[数组](../compound-type/array.md)那节，有提到过很重要的一点：`[i32; 2]` 和 `[i32; 3]` 是不同的数组类型，比如下面的代码：
```rust
fn display_array(arr: [i32; 3]) {
println!("{:?}", arr);
@ -295,9 +295,9 @@ error[E0308]: mismatched types // 类型不匹配
// 期望一个长度为3的数组，却发现一个长度为2的
```
结合代码和报错，可以很清楚的看出，`[i32; 3]`和`[i32; 2]`确实是两个完全不同的类型,因此无法用同一个函数调用。
结合代码和报错，可以很清楚的看出，`[i32; 3]` 和 `[i32; 2]` 确实是两个完全不同的类型，因此无法用同一个函数调用。
首先，让我们修改代码，让`display_array`能打印所有长度的`i32`数组：
首先，让我们修改代码，让 `display_array` 能打印任意长度的 `i32` 数组：
```rust
fn display_array(arr: &[i32]) {
println!("{:?}", arr);
@ -310,9 +310,9 @@ fn main() {
display_array(&arr);
}
```
很简单,只要使用数组切片，然后传入`arr`的不可变引用即可。
很简单，只要使用数组切片，然后传入 `arr` 的不可变引用即可。
接着，将`i32`改成所有类型的数组：
接着，将 `i32` 改成所有类型的数组：
```rust
fn display_array<T: std::fmt::Debug>(arr: &[T]) {
@ -327,11 +327,11 @@ fn main() {
}
```
也不难，唯一要注意的是需要对T加一个限制`std::fmt::Debug`，该限制表明`T`可以用在`println!("{:?}", arr)`中，因为`{:?}`形式的格式化输出需要`arr`实现该特征。
也不难，唯一要注意的是需要对T加一个限制 `std::fmt::Debug`，该限制表明 `T` 可以用在 `println!("{:?}", arr)`中，因为 `{:?}` 形式的格式化输出需要 `arr` 实现该特征。
通过引用，我们可以很轻松的解决处理任何类型数组的问题，但是如果在某些场景下不适宜用引用或者干脆不能用呢？那真的没什么好办法了，你们知道为什么以前Rust的一些数组库，在使用的时候都限定长度不超过32吗？因为它们会为每个长度都单独实现一个函数，简直。。。毫无人性。
通过引用，我们可以很轻松的解决处理任何类型数组的问题，但是如果在某些场景下引用不适宜用或者干脆不能用呢？你们知道为什么以前Rust的一些数组库，在使用的时候都限定长度不超过32吗？因为它们会为每个长度都单独实现一个函数，简直。。。毫无人性。难道没有什么办法可以解决这个问题吗？
好在，现在咱们有了const泛型，也就是针对值的泛型，正好可以用于处理数组长度的问题:
好在，现在咱们有了const泛型，也就是针对值的泛型，正好可以用于处理数组长度的问题：
```rust
fn display_array<T: std::fmt::Debug, const N: usize>(arr: [T; N]) {
println!("{:?}", arr);
@ -345,9 +345,9 @@ fn main() {
}
```
如上所示，我们定义了一个类型为`[T; N]`的数组，其中`T`是一个基于类型的泛型参数，这个和之前讲的泛型没有区别，而重点就在于`N`这个泛型参数，它是一个基于值的泛型参数！因为它用来替代的是数组的长度。
如上所示，我们定义了一个类型为 `[T; N]` 的数组，其中 `T` 是一个基于类型的泛型参数，这个和之前讲的泛型没有区别，而重点就在于 `N` 这个泛型参数，它是一个基于值的泛型参数！因为它用来替代的是数组的长度。
`N`就是const泛型，定义的语法是`const N: usize`，表示const泛型N，它基于的值类型是`usize`。
`N` 就是const泛型，定义的语法是 `const N: usize`，表示const泛型N，它基于的值类型是 `usize`。
在泛型参数之前，Rust完全不适合复杂矩阵的运算，自从有了const泛型，一切即将改变。
@ -356,7 +356,7 @@ fn main() {
```rust
#![allow(incomplete_features)]
#![feature(generic_const_exprs)]
（这段代码编译不通过，第13行报错，这里泛型的声明好像没有体现出const）
fn something<T>(val: T)
where
Assert<{ core::mem::size_of::<T>() < 768 }>: IsTrue,
@ -393,13 +393,13 @@ impl IsTrue for Assert<true> {
在Rust中泛型是零成本的抽象，意味着你在使用泛型时，完全不用担心性能上的问题。
但是任何选择都是权衡得失的，既然我们获得了性能上的巨大优势，那么又失去了什么呢？Rust采用的是在编译期，为泛型对应的多个类型，生成各自的代码，因此损失了编译速度和增大了最终生成文件的大小。
但是任何选择都是权衡得失的，既然我们获得了性能上的巨大优势，那么又失去了什么呢？Rust是在编译期为泛型对应的多个类型，生成各自的代码，因此损失了编译速度和增大了最终生成文件的大小。
具体来说：
Rust 通过在编译时进行泛型代码的 **单态化**（*monomorphization*）来保证效率。单态化是一个通过填充编译时使用的具体类型，将通用代码转换为特定代码的过程。
编译器所做的工作正好与我们创建泛型函数的步骤相反, 编译器寻找所有泛型代码被调用的位置并针对具体类型生成代码。
编译器所做的工作正好与我们创建泛型函数的步骤相反，编译器寻找所有泛型代码被调用的位置并针对具体类型生成代码。
让我们看看一个使用标准库中 `Option` 枚举的例子：
@ -408,7 +408,7 @@ let integer = Some(5);
let float = Some(5.0);
```
当 Rust 编译这些代码的时候，它会进行单态化。编译器会读取传递给 `Option<T>` 的值并发现有两种 `Option<T>`：一个对应 `i32` 另一个对应 `f64`。为此，它会将泛型定义 `Option<T>` 展开为 `Option_i32` 和 `Option_f64`，接着将泛型定义替换为这两个具体的定义。
当 Rust 编译这些代码的时候，它会进行单态化。编译器会读取传递给 `Option<T>` 的值并发现有两种 `Option<T>`：一种对应 `i32` 另一种对应 `f64`。为此，它会将泛型定义 `Option<T>` 展开为 `Option_i32` 和 `Option_f64`，接着将泛型定义替换为这两个具体的定义。
编译器生成的单态化版本的代码看起来像这样：

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