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<!DOCTYPE HTML>
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<html lang="zh-CN" class="light sidebar-visible" dir="ltr">
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<head>
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<!-- Book generated using mdBook -->
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<meta charset="UTF-8">
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<title>泛型 Generics - Rust语言圣经(Rust Course)</title>
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<!-- Custom HTML head -->
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<meta name="description" content="">
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<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
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<meta name="theme-color" content="#ffffff">
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<link rel="icon" href="../../favicon-de23e50b.svg">
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<link rel="shortcut icon" href="../../favicon-8114d1fc.png">
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<link rel="stylesheet" href="../../css/variables-8adf115d.css">
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<link rel="stylesheet" href="../../css/general-2459343d.css">
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<link rel="stylesheet" href="../../css/chrome-ae938929.css">
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<link rel="stylesheet" href="../../css/print-9e4910d8.css" media="print">
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<!-- Fonts -->
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<link rel="stylesheet" href="../../fonts/fonts-9644e21d.css">
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<!-- Highlight.js Stylesheets -->
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<link rel="stylesheet" id="mdbook-highlight-css" href="../../highlight-493f70e1.css">
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<link rel="stylesheet" id="mdbook-tomorrow-night-css" href="../../tomorrow-night-4c0ae647.css">
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<link rel="stylesheet" id="mdbook-ayu-highlight-css" href="../../ayu-highlight-3fdfc3ac.css">
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<!-- Custom theme stylesheets -->
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<link rel="stylesheet" href="../../theme/style-78591068.css">
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<!-- Provide site root and default themes to javascript -->
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<script>
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const path_to_root = "../../";
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const default_light_theme = "light";
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const default_dark_theme = "navy";
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window.path_to_searchindex_js = "../../searchindex-4a1a74fa.js";
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</script>
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<!-- Start loading toc.js asap -->
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<script src="../../toc-42887675.js"></script>
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</head>
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<body>
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<div id="mdbook-help-container">
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<div id="mdbook-help-popup">
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<h2 class="mdbook-help-title">Keyboard shortcuts</h2>
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<div>
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<p>Press <kbd>←</kbd> or <kbd>→</kbd> to navigate between chapters</p>
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<p>Press <kbd>S</kbd> or <kbd>/</kbd> to search in the book</p>
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<p>Press <kbd>?</kbd> to show this help</p>
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<p>Press <kbd>Esc</kbd> to hide this help</p>
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</div>
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</div>
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</div>
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<div id="mdbook-body-container">
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<!-- Work around some values being stored in localStorage wrapped in quotes -->
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<script>
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try {
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let theme = localStorage.getItem('mdbook-theme');
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let sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar');
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if (theme.startsWith('"') && theme.endsWith('"')) {
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localStorage.setItem('mdbook-theme', theme.slice(1, theme.length - 1));
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}
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if (sidebar.startsWith('"') && sidebar.endsWith('"')) {
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localStorage.setItem('mdbook-sidebar', sidebar.slice(1, sidebar.length - 1));
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}
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} catch (e) { }
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</script>
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<!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
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<script>
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const default_theme = window.matchMedia("(prefers-color-scheme: dark)").matches ? default_dark_theme : default_light_theme;
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let theme;
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try { theme = localStorage.getItem('mdbook-theme'); } catch(e) { }
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if (theme === null || theme === undefined) { theme = default_theme; }
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const html = document.documentElement;
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html.classList.remove('light')
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html.classList.add(theme);
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html.classList.add("js");
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</script>
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<input type="checkbox" id="mdbook-sidebar-toggle-anchor" class="hidden">
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<!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
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<script>
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let sidebar = null;
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const sidebar_toggle = document.getElementById("mdbook-sidebar-toggle-anchor");
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if (document.body.clientWidth >= 1080) {
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try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
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sidebar = sidebar || 'visible';
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} else {
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sidebar = 'hidden';
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sidebar_toggle.checked = false;
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}
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if (sidebar === 'visible') {
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sidebar_toggle.checked = true;
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} else {
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html.classList.remove('sidebar-visible');
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}
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</script>
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<nav id="mdbook-sidebar" class="sidebar" aria-label="Table of contents">
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<!-- populated by js -->
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<mdbook-sidebar-scrollbox class="sidebar-scrollbox"></mdbook-sidebar-scrollbox>
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<noscript>
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<iframe class="sidebar-iframe-outer" src="../../toc.html"></iframe>
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</noscript>
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<div id="mdbook-sidebar-resize-handle" class="sidebar-resize-handle">
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<div class="sidebar-resize-indicator"></div>
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</div>
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</nav>
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<div id="mdbook-page-wrapper" class="page-wrapper">
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<div class="page">
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<div id="mdbook-menu-bar-hover-placeholder"></div>
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<div id="mdbook-menu-bar" class="menu-bar sticky">
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<div class="left-buttons">
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<label id="mdbook-sidebar-toggle" class="icon-button" for="mdbook-sidebar-toggle-anchor" title="Toggle Table of Contents" aria-label="Toggle Table of Contents" aria-controls="mdbook-sidebar">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 448 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M0 96C0 78.3 14.3 64 32 64H416c17.7 0 32 14.3 32 32s-14.3 32-32 32H32C14.3 128 0 113.7 0 96zM0 256c0-17.7 14.3-32 32-32H416c17.7 0 32 14.3 32 32s-14.3 32-32 32H32c-17.7 0-32-14.3-32-32zM448 416c0 17.7-14.3 32-32 32H32c-17.7 0-32-14.3-32-32s14.3-32 32-32H416c17.7 0 32 14.3 32 32z"/></svg></span>
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</label>
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<button id="mdbook-theme-toggle" class="icon-button" type="button" title="Change theme" aria-label="Change theme" aria-haspopup="true" aria-expanded="false" aria-controls="mdbook-theme-list">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 576 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M371.3 367.1c27.3-3.9 51.9-19.4 67.2-42.9L600.2 74.1c12.6-19.5 9.4-45.3-7.6-61.2S549.7-4.4 531.1 9.6L294.4 187.2c-24 18-38.2 46.1-38.4 76.1L371.3 367.1zm-19.6 25.4l-116-104.4C175.9 290.3 128 339.6 128 400c0 3.9 .2 7.8 .6 11.6c1.8 17.5-10.2 36.4-27.8 36.4H96c-17.7 0-32 14.3-32 32s14.3 32 32 32H240c61.9 0 112-50.1 112-112c0-2.5-.1-5-.2-7.5z"/></svg></span>
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</button>
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<ul id="mdbook-theme-list" class="theme-popup" aria-label="Themes" role="menu">
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-default_theme">Auto</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-light">Light</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-rust">Rust</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-coal">Coal</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-navy">Navy</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="mdbook-theme-ayu">Ayu</button></li>
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</ul>
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<button id="mdbook-search-toggle" class="icon-button" type="button" title="Search (`/`)" aria-label="Toggle Searchbar" aria-expanded="false" aria-keyshortcuts="/ s" aria-controls="mdbook-searchbar">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 512 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M416 208c0 45.9-14.9 88.3-40 122.7L502.6 457.4c12.5 12.5 12.5 32.8 0 45.3s-32.8 12.5-45.3 0L330.7 376c-34.4 25.2-76.8 40-122.7 40C93.1 416 0 322.9 0 208S93.1 0 208 0S416 93.1 416 208zM208 352c79.5 0 144-64.5 144-144s-64.5-144-144-144S64 128.5 64 208s64.5 144 144 144z"/></svg></span>
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</button>
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</div>
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<h1 class="menu-title">Rust语言圣经(Rust Course)</h1>
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<div class="right-buttons">
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<a href="../../print.html" title="Print this book" aria-label="Print this book">
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<span class=fa-svg id="print-button"><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 512 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M128 0C92.7 0 64 28.7 64 64v96h64V64H354.7L384 93.3V160h64V93.3c0-17-6.7-33.3-18.7-45.3L400 18.7C388 6.7 371.7 0 354.7 0H128zM384 352v32 64H128V384 368 352H384zm64 32h32c17.7 0 32-14.3 32-32V256c0-35.3-28.7-64-64-64H64c-35.3 0-64 28.7-64 64v96c0 17.7 14.3 32 32 32H64v64c0 35.3 28.7 64 64 64H384c35.3 0 64-28.7 64-64V384zm-16-88c-13.3 0-24-10.7-24-24s10.7-24 24-24s24 10.7 24 24s-10.7 24-24 24z"/></svg></span>
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</a>
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<a href="https://github.com/sunface/rust-course" title="Git repository" aria-label="Git repository">
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<span class=fa-svg><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 496 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M165.9 397.4c0 2-2.3 3.6-5.2 3.6-3.3.3-5.6-1.3-5.6-3.6 0-2 2.3-3.6 5.2-3.6 3-.3 5.6 1.3 5.6 3.6zm-31.1-4.5c-.7 2 1.3 4.3 4.3 4.9 2.6 1 5.6 0 6.2-2s-1.3-4.3-4.3-5.2c-2.6-.7-5.5.3-6.2 2.3zm44.2-1.7c-2.9.7-4.9 2.6-4.6 4.9.3 2 2.9 3.3 5.9 2.6 2.9-.7 4.9-2.6 4.6-4.6-.3-1.9-3-3.2-5.9-2.9zM244.8 8C106.1 8 0 113.3 0 252c0 110.9 69.8 205.8 169.5 239.2 12.8 2.3 17.3-5.6 17.3-12.1 0-6.2-.3-40.4-.3-61.4 0 0-70 15-84.7-29.8 0 0-11.4-29.1-27.8-36.6 0 0-22.9-15.7 1.6-15.4 0 0 24.9 2 38.6 25.8 21.9 38.6 58.6 27.5 72.9 20.9 2.3-16 8.8-27.1 16-33.7-55.9-6.2-112.3-14.3-112.3-110.5 0-27.5 7.6-41.3 23.6-58.9-2.6-6.5-11.1-33.3 2.6-67.9 20.9-6.5 69 27 69 27 20-5.6 41.5-8.5 62.8-8.5s42.8 2.9 62.8 8.5c0 0 48.1-33.6 69-27 13.7 34.7 5.2 61.4 2.6 67.9 16 17.7 25.8 31.5 25.8 58.9 0 96.5-58.9 104.2-114.8 110.5 9.2 7.9 17 22.9 17 46.4 0 33.7-.3 75.4-.3 83.6 0 6.5 4.6 14.4 17.3 12.1C428.2 457.8 496 362.9 496 252 496 113.3 383.5 8 244.8 8zM97.2 352.9c-1.3 1-1 3.3.7 5.2 1.6 1.6 3.9 2.3 5.2 1 1.3-1 1-3.3-.7-5.2-1.6-1.6-3.9-2.3-5.2-1zm-10.8-8.1c-.7 1.3.3 2.9 2.3 3.9 1.6 1 3.6.7 4.3-.7.7-1.3-.3-2.9-2.3-3.9-2-.6-3.6-.3-4.3.7zm32.4 35.6c-1.6 1.3-1 4.3 1.3 6.2 2.3 2.3 5.2 2.6 6.5 1 1.3-1.3.7-4.3-1.3-6.2-2.2-2.3-5.2-2.6-6.5-1zm-11.4-14.7c-1.6 1-1.6 3.6 0 5.9 1.6 2.3 4.3 3.3 5.6 2.3 1.6-1.3 1.6-3.9 0-6.2-1.4-2.3-4-3.3-5.6-2z"/></svg></span>
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</a>
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<a href="https://github.com/sunface/rust-course/edit/main/src/basic/trait/generic.md" title="Suggest an edit" aria-label="Suggest an edit" rel="edit">
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<span class=fa-svg id="git-edit-button"><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 512 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M421.7 220.3l-11.3 11.3-22.6 22.6-205 205c-6.6 6.6-14.8 11.5-23.8 14.1L30.8 511c-8.4 2.5-17.5 .2-23.7-6.1S-1.5 489.7 1 481.2L38.7 353.1c2.6-9 7.5-17.2 14.1-23.8l205-205 22.6-22.6 11.3-11.3 33.9 33.9 62.1 62.1 33.9 33.9zM96 353.9l-9.3 9.3c-.9 .9-1.6 2.1-2 3.4l-25.3 86 86-25.3c1.3-.4 2.5-1.1 3.4-2l9.3-9.3H112c-8.8 0-16-7.2-16-16V353.9zM453.3 19.3l39.4 39.4c25 25 25 65.5 0 90.5l-14.5 14.5-22.6 22.6-11.3 11.3-33.9-33.9-62.1-62.1L314.3 67.7l11.3-11.3 22.6-22.6 14.5-14.5c25-25 65.5-25 90.5 0z"/></svg></span>
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</a>
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</div>
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</div>
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<div id="mdbook-search-wrapper" class="hidden">
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<form id="mdbook-searchbar-outer" class="searchbar-outer">
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<div class="search-wrapper">
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<input type="search" id="mdbook-searchbar" name="searchbar" placeholder="Search this book ..." aria-controls="mdbook-searchresults-outer" aria-describedby="searchresults-header">
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<div class="spinner-wrapper">
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<span class=fa-svg id="fa-spin"><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 512 512"><!--! Font Awesome Free 6.2.0 by @fontawesome - https://fontawesome.com License - https://fontawesome.com/license/free (Icons: CC BY 4.0, Fonts: SIL OFL 1.1, Code: MIT License) Copyright 2022 Fonticons, Inc. --><path d="M304 48c0-26.5-21.5-48-48-48s-48 21.5-48 48s21.5 48 48 48s48-21.5 48-48zm0 416c0-26.5-21.5-48-48-48s-48 21.5-48 48s21.5 48 48 48s48-21.5 48-48zM48 304c26.5 0 48-21.5 48-48s-21.5-48-48-48s-48 21.5-48 48s21.5 48 48 48zm464-48c0-26.5-21.5-48-48-48s-48 21.5-48 48s21.5 48 48 48s48-21.5 48-48zM142.9 437c18.7-18.7 18.7-49.1 0-67.9s-49.1-18.7-67.9 0s-18.7 49.1 0 67.9s49.1 18.7 67.9 0zm0-294.2c18.7-18.7 18.7-49.1 0-67.9S93.7 56.2 75 75s-18.7 49.1 0 67.9s49.1 18.7 67.9 0zM369.1 437c18.7 18.7 49.1 18.7 67.9 0s18.7-49.1 0-67.9s-49.1-18.7-67.9 0s-18.7 49.1 0 67.9z"/></svg></span>
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</div>
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</div>
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</form>
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<div id="mdbook-searchresults-outer" class="searchresults-outer hidden">
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<div id="mdbook-searchresults-header" class="searchresults-header"></div>
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<ul id="mdbook-searchresults">
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</ul>
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</div>
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</div>
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<!-- Apply ARIA attributes after the sidebar and the sidebar toggle button are added to the DOM -->
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<script>
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document.getElementById('mdbook-sidebar-toggle').setAttribute('aria-expanded', sidebar === 'visible');
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document.getElementById('mdbook-sidebar').setAttribute('aria-hidden', sidebar !== 'visible');
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Array.from(document.querySelectorAll('#mdbook-sidebar a')).forEach(function(link) {
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link.setAttribute('tabIndex', sidebar === 'visible' ? 0 : -1);
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});
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</script>
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<div id="mdbook-content" class="content">
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<main>
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<h1 id="泛型-generics"><a class="header" href="#泛型-generics">泛型 Generics</a></h1>
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<p>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？
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本章将一一为你讲解。</p>
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<p>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：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn add_i8(a:i8, b:i8) -> i8 {
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a + b
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}
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fn add_i32(a:i32, b:i32) -> i32 {
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a + b
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}
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fn add_f64(a:f64, b:f64) -> f64 {
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a + b
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}
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fn main() {
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println!("add i8: {}", add_i8(2i8, 3i8));
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println!("add i32: {}", add_i32(20, 30));
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println!("add f64: {}", add_f64(1.23, 1.23));
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}</code></pre>
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<p>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？</p>
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<p>在开始讲解 Rust 的泛型之前，先来看看什么是多态。</p>
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<p>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，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。</p>
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<p>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，同时可以极大地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：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn add<T>(a:T, b:T) -> T {
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a + b
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}
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fn main() {
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println!("add i8: {}", add(2i8, 3i8));
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println!("add i32: {}", add(20, 30));
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println!("add f64: {}", add(1.23, 1.23));
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}</code></pre>
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<p>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。</p>
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<h2 id="泛型详解"><a class="header" href="#泛型详解">泛型详解</a></h2>
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<p>上面代码的 <code>T</code> 就是<strong>泛型参数</strong>，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 <code>T</code> （<code>T</code> 是 <code>type</code> 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。</p>
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<p>使用泛型参数，有一个先决条件，必需在使用前对其进行声明：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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</span><span class="boring">fn main() {
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</span>fn largest<T>(list: &[T]) -> T {
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<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>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 <code>largest<T></code> 对泛型参数 <code>T</code> 进行了声明，然后才在函数参数中进行使用该泛型参数 <code>list: &[T]</code> （还记得 <code>&[T]</code> 类型吧？这是<a href="https://course.rs/basic/compound-type/array.html#数组切片">数组切片</a>）。</p>
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<p>总之，我们可以这样理解这个函数定义：函数 <code>largest</code> 有泛型类型 <code>T</code>，它有个参数 <code>list</code>，其元素是类型为 <code>T</code> 的数组切片，最后，该函数返回值的类型也是 <code>T</code>。</p>
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<p>下面是一个错误的泛型函数的实现：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn largest<T>(list: &[T]) -> T {
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let mut largest = list[0];
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for &item in list.iter() {
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if item > largest {
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largest = item;
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}
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}
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largest
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}
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fn main() {
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let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];
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let result = largest(&number_list);
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println!("The largest number is {}", result);
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let char_list = vec!['y', 'm', 'a', 'q'];
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let result = largest(&char_list);
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println!("The largest char is {}", result);
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}</code></pre>
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<p>运行后报错：</p>
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<pre><code class="language-console">error[E0369]: binary operation `>` cannot be applied to type `T` // `>`操作符不能用于类型`T`
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--> src/main.rs:5:17
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5 | if item > largest {
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| ---- ^ ------- T
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| T
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help: consider restricting type parameter `T` // 考虑对T进行类型上的限制 :
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1 | fn largest<T: std::cmp::PartialOrd>(list: &[T]) -> T {
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| ++++++++++++++++++++++
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</code></pre>
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<p>因为 <code>T</code> 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 <code>T</code> 添加一个类型限制：使用 <code>std::cmp::PartialOrd</code> 特征（Trait）对 <code>T</code> 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<strong>类型实现可比较的功能</strong>。</p>
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<p>还记得我们一开始的 <code>add</code> 泛型函数吗？如果你运行它，会得到以下的报错：</p>
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<pre><code class="language-console">error[E0369]: cannot add `T` to `T` // 无法将 `T` 类型跟 `T` 类型进行相加
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--> src/main.rs:2:7
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2 | a + b
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| - ^ - T
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| T
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help: consider restricting type parameter `T`
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1 | fn add<T: std::ops::Add<Output = T>>(a:T, b:T) -> T {
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|
|
| +++++++++++++++++++++++++++
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|
</code></pre>
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|
<p>同样的，不是所有 <code>T</code> 类型都能进行相加操作，因此我们需要用 <code>std::ops::Add<Output = T></code> 对 <code>T</code> 进行限制：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
|
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|
</span><span class="boring">fn main() {
|
|
|
</span>fn add<T: std::ops::Add<Output = T>>(a:T, b:T) -> T {
|
|
|
a + b
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|
}
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|
<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>进行如上修改后，就可以正常运行。</p>
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<h3 id="显式地指定泛型的类型参数"><a class="header" href="#显式地指定泛型的类型参数">显式地指定泛型的类型参数</a></h3>
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<p>有时候，编译器无法推断你想要的泛型参数：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">use std::fmt::Display;
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fn create_and_print<T>() where T: From<i32> + Display {
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let a: T = 100.into(); // 创建了类型为 T 的变量 a，它的初始值由 100 转换而来
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println!("a is: {}", a);
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}
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fn main() {
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create_and_print();
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}</code></pre>
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<p>如果运行以上代码，会得到报错：</p>
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<pre><code class="language-console">error[E0283]: type annotations needed // 需要标明类型
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--> src/main.rs:9:5
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9 | create_and_print();
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| ^^^^^^^^^^^^^^^^ cannot infer type of the type parameter `T` declared on the function `create_and_print` // 无法推断函数 `create_and_print` 的类型参数 `T` 的类型
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= note: multiple `impl`s satisfying `_: From<i32>` found in the `core` crate:
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- impl From<i32> for AtomicI32;
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- impl From<i32> for f64;
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- impl From<i32> for i128;
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|
- impl From<i32> for i64;
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note: required by a bound in `create_and_print`
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--> src/main.rs:3:35
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3 | fn create_and_print<T>() where T: From<i32> + Display {
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| ^^^^^^^^^ required by this bound in `create_and_print`
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help: consider specifying the generic argument // 尝试指定泛型参数
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9 | create_and_print::<T>();
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| +++++
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</code></pre>
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<p>报错里说得很清楚，编译器不知道 <code>T</code> 到底应该是什么类型。不过好心的编译器已经帮我们列出了满足条件的类型，然后告诉我们解决方法：显式指定类型：<code>create_and_print::<T>()</code>。</p>
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<p>于是，我们修改代码：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">use std::fmt::Display;
|
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fn create_and_print<T>() where T: From<i32> + Display {
|
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|
let a: T = 100.into(); // 创建了类型为 T 的变量 a，它的初始值由 100 转换而来
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|
println!("a is: {}", a);
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|
}
|
|
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fn main() {
|
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|
create_and_print::<i64>();
|
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|
}</code></pre>
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<p>即可成功运行。</p>
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<h2 id="结构体中使用泛型"><a class="header" href="#结构体中使用泛型">结构体中使用泛型</a></h2>
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<p>结构体中的字段类型也可以用泛型来定义，下面代码定义了一个坐标点 <code>Point</code>，它可以存放任何类型的坐标值：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">struct Point<T> {
|
|
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x: T,
|
|
|
y: T,
|
|
|
}
|
|
|
|
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fn main() {
|
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|
let integer = Point { x: 5, y: 10 };
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|
|
let float = Point { x: 1.0, y: 4.0 };
|
|
|
}</code></pre>
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|
|
<p>这里有两点需要特别的注意：</p>
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<ul>
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<li><strong>提前声明</strong>，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 <code>Point<T></code>，接着就可以在结构体的字段类型中使用 <code>T</code> 来替代具体的类型</li>
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|
|
<li><strong>x 和 y 是相同的类型</strong></li>
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|
|
</ul>
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<p>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：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">struct Point<T> {
|
|
|
x: T,
|
|
|
y: T,
|
|
|
}
|
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fn main() {
|
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let p = Point{x: 1, y :1.1};
|
|
|
}</code></pre>
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<p>错误如下：</p>
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<pre><code class="language-console">error[E0308]: mismatched types //类型不匹配
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|
--> src/main.rs:7:28
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7 | let p = Point{x: 1, y :1.1};
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|
| ^^^ expected integer, found floating-point number //期望y是整数，但是却是浮点数
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|
|
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|
|
</code></pre>
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<p>当把 <code>1</code> 赋值给 <code>x</code> 时，变量 <code>p</code> 的 <code>T</code> 类型就被确定为整数类型，因此 <code>y</code> 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。</p>
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|
|
<p>如果想让 <code>x</code> 和 <code>y</code> 既能类型相同，又能类型不同，就需要使用不同的泛型参数：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">struct Point<T,U> {
|
|
|
x: T,
|
|
|
y: U,
|
|
|
}
|
|
|
fn main() {
|
|
|
let p = Point{x: 1, y :1.1};
|
|
|
}</code></pre>
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<p>切记，所有的泛型参数都要提前声明：<code>Point<T,U></code> ! 但是如果你的结构体变成这鬼样：<code>struct Woo<T,U,V,W,X></code>，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。</p>
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<h2 id="枚举中使用泛型"><a class="header" href="#枚举中使用泛型">枚举中使用泛型</a></h2>
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|
|
<p>提到枚举类型，<code>Option</code> 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：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
|
|
|
</span><span class="boring">fn main() {
|
|
|
</span>enum Option<T> {
|
|
|
Some(T),
|
|
|
None,
|
|
|
}
|
|
|
<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p><code>Option<T></code> 是一个拥有泛型 <code>T</code> 的枚举类型，它第一个成员是 <code>Some(T)</code>，存放了一个类型为 <code>T</code> 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 <code>Option<T></code> 枚举类型来做为返回值，用于返回一个任意类型的值 <code>Some(T)</code>，或者没有值 <code>None</code>。</p>
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<p>对于枚举而言，卧龙凤雏永远是绕不过去的存在：如果是 <code>Option</code> 是卧龙，那么 <code>Result</code> 就一定是凤雏，得两者可得天下：</p>
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|
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
|
|
|
</span><span class="boring">fn main() {
|
|
|
</span>enum Result<T, E> {
|
|
|
Ok(T),
|
|
|
Err(E),
|
|
|
}
|
|
|
<span class="boring">}</span></code></pre>
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|
<p>这个枚举和 <code>Option</code> 一样，主要用于函数返回值，与 <code>Option</code> 用于值的存在与否不同，<code>Result </code>关注的主要是值的正确性。</p>
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<p>如果函数正常运行，则最后返回一个 <code>Ok(T)</code>，<code>T</code> 是函数具体的返回值类型，如果函数异常运行，则返回一个 <code>Err(E)</code>，<code>E</code> 是错误类型。例如打开一个文件：如果成功打开文件，则返回 <code>Ok(std::fs::File)</code>，因此 <code>T</code> 对应的是 <code>std::fs::File</code> 类型；而当打开文件时出现问题时，返回 <code>Err(std::io::Error)</code>，<code>E</code> 对应的就是 <code>std::io::Error</code> 类型。</p>
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<h2 id="方法中使用泛型"><a class="header" href="#方法中使用泛型">方法中使用泛型</a></h2>
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|
<p>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：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">struct Point<T> {
|
|
|
x: T,
|
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|
y: T,
|
|
|
}
|
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|
impl<T> Point<T> {
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fn x(&self) -> &T {
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|
&self.x
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|
}
|
|
|
}
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fn main() {
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let p = Point { x: 5, y: 10 };
|
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println!("p.x = {}", p.x());
|
|
|
}</code></pre>
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<p>使用泛型参数前，依然需要提前声明：<code>impl<T></code>，只有提前声明了，我们才能在<code>Point<T></code>中使用它，这样 Rust 就知道 <code>Point</code> 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 <code>Point<T></code> 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 <code>Point<T></code> 而不再是 <code>Point</code>。</p>
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|
|
<p>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：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">struct Point<T, U> {
|
|
|
x: T,
|
|
|
y: U,
|
|
|
}
|
|
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|
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impl<T, U> Point<T, U> {
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fn mixup<V, W>(self, other: Point<V, W>) -> Point<T, W> {
|
|
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Point {
|
|
|
x: self.x,
|
|
|
y: other.y,
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
}
|
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fn main() {
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|
let p1 = Point { x: 5, y: 10.4 };
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let p2 = Point { x: "Hello", y: 'c'};
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let p3 = p1.mixup(p2);
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println!("p3.x = {}, p3.y = {}", p3.x, p3.y);
|
|
|
}</code></pre>
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<p>这个例子中，<code>T,U</code> 是定义在结构体 <code>Point</code> 上的泛型参数，<code>V,W</code> 是单独定义在方法 <code>mixup</code> 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。</p>
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|
<h4 id="为具体的泛型类型实现方法"><a class="header" href="#为具体的泛型类型实现方法">为具体的泛型类型实现方法</a></h4>
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|
<p>对于 <code>Point<T></code> 类型，你不仅能定义基于 <code>T</code> 的方法，还能针对特定的具体类型，进行方法定义：</p>
|
|
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
|
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|
</span><span class="boring">fn main() {
|
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|
</span>impl Point<f32> {
|
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fn distance_from_origin(&self) -> f32 {
|
|
|
(self.x.powi(2) + self.y.powi(2)).sqrt()
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
<span class="boring">}</span></code></pre>
|
|
|
<p>这段代码意味着 <code>Point<f32></code> 类型会有一个方法 <code>distance_from_origin</code>，而其他 <code>T</code> 不是 <code>f32</code> 类型的 <code>Point<T> </code>实例则没有定义此方法。这个方法计算点实例与坐标<code>(0.0, 0.0)</code> 之间的距离，并使用了只能用于浮点型的数学运算符。</p>
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|
|
<p>这样我们就能针对特定的泛型类型实现某个特定的方法，对于其它泛型类型则没有定义该方法。</p>
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|
|
<h2 id="const-泛型rust-151-版本引入的重要特性"><a class="header" href="#const-泛型rust-151-版本引入的重要特性">const 泛型（Rust 1.51 版本引入的重要特性）</a></h2>
|
|
|
<p>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。</p>
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|
<p>在<a href="https://course.rs/basic/compound-type/array.html">数组</a>那节，有提到过很重要的一点：<code>[i32; 2]</code> 和 <code>[i32; 3]</code> 是不同的数组类型，比如下面的代码：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn display_array(arr: [i32; 3]) {
|
|
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println!("{:?}", arr);
|
|
|
}
|
|
|
fn main() {
|
|
|
let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
|
|
|
display_array(arr);
|
|
|
|
|
|
let arr: [i32; 2] = [1, 2];
|
|
|
display_array(arr);
|
|
|
}</code></pre>
|
|
|
<p>运行后报错：</p>
|
|
|
<pre><code class="language-console">error[E0308]: mismatched types // 类型不匹配
|
|
|
--> src/main.rs:10:19
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10 | display_array(arr);
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| ^^^ expected an array with a fixed size of 3 elements, found one with 2 elements
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// 期望一个长度为3的数组，却发现一个长度为2的
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</code></pre>
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<p>结合代码和报错，可以很清楚的看出，<code>[i32; 3]</code> 和 <code>[i32; 2]</code> 确实是两个完全不同的类型，因此无法用同一个函数调用。</p>
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<p>首先，让我们修改代码，让 <code>display_array</code> 能打印任意长度的 <code>i32</code> 数组：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn display_array(arr: &[i32]) {
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println!("{:?}", arr);
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}
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fn main() {
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let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
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display_array(&arr);
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let arr: [i32; 2] = [1, 2];
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display_array(&arr);
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}</code></pre>
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<p>很简单，只要使用数组切片，然后传入 <code>arr</code> 的不可变引用即可。</p>
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<p>接着，将 <code>i32</code> 改成所有类型的数组：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn display_array<T: std::fmt::Debug>(arr: &[T]) {
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println!("{:?}", arr);
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}
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fn main() {
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let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
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display_array(&arr);
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let arr: [i32; 2] = [1, 2];
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display_array(&arr);
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}</code></pre>
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<p>也不难，唯一要注意的是需要对 <code>T</code> 加一个限制 <code>std::fmt::Debug</code>，该限制表明 <code>T</code> 可以用在 <code>println!("{:?}", arr)</code> 中，因为 <code>{:?}</code> 形式的格式化输出需要 <code>arr</code> 实现该特征。</p>
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<p>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？</p>
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<p>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：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">fn display_array<T: std::fmt::Debug, const N: usize>(arr: [T; N]) {
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println!("{:?}", arr);
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}
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fn main() {
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let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
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display_array(arr);
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let arr: [i32; 2] = [1, 2];
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display_array(arr);
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}</code></pre>
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<p>如上所示，我们定义了一个类型为 <code>[T; N]</code> 的数组，其中 <code>T</code> 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，而重点在于 <code>N</code> 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。</p>
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<p><code>N</code> 就是 const 泛型，定义的语法是 <code>const N: usize</code>，表示 const 泛型 <code>N</code> ，它基于的值类型是 <code>usize</code>。</p>
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<p>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。</p>
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<h4 id="const-泛型表达式"><a class="header" href="#const-泛型表达式">const 泛型表达式</a></h4>
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<p>假设我们某段代码需要在内存很小的平台上工作，因此需要限制函数参数占用的内存大小，此时就可以使用 const 泛型表达式来实现：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">// 目前只能在nightly版本下使用
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#![allow(incomplete_features)]
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#![feature(generic_const_exprs)]
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fn something<T>(val: T)
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where
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Assert<{ core::mem::size_of::<T>() < 768 }>: IsTrue,
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// ^-----------------------------^ 这里是一个 const 表达式，换成其它的 const 表达式也可以
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{
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//
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}
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fn main() {
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something([0u8; 0]); // ok
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something([0u8; 512]); // ok
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something([0u8; 1024]); // 编译错误，数组长度是1024字节，超过了768字节的参数长度限制
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}
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// ---
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pub enum Assert<const CHECK: bool> {
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//
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}
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pub trait IsTrue {
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//
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}
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impl IsTrue for Assert<true> {
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//
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}</code></pre>
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<h4 id="const-fn"><a class="header" href="#const-fn">const fn</a></h4>
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<p>在讨论完 <code>const</code> 泛型后，不得不提及另一个与之密切相关且强大的特性：<code>const fn</code>，即常量函数。<code>const fn</code> 允许我们在编译期对函数进行求值，从而实现更高效、更灵活的代码设计。</p>
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<h5 id="为什么需要-const-fn"><a class="header" href="#为什么需要-const-fn">为什么需要 const fn</a></h5>
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<p>通常情况下，函数是在运行时被调用和执行的。然而，在某些场景下，我们希望在编译期就计算出一些值，以提高运行时的性能或满足某些编译期的约束条件。例如，定义数组的长度、计算常量值等。</p>
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<p>有了 <code>const fn</code>，我们可以在编译期执行这些函数，从而将计算结果直接嵌入到生成的代码中。这不仅提高了运行时的性能，还使代码更加简洁和安全。</p>
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<h5 id="const-fn-的基本用法"><a class="header" href="#const-fn-的基本用法">const fn 的基本用法</a></h5>
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<p>要定义一个常量函数，只需要在函数声明前加上 <code>const</code> 关键字。例如：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">const fn add(a: usize, b: usize) -> usize {
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a + b
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}
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const RESULT: usize = add(5, 10);
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fn main() {
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println!("The result is: {}", RESULT);
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}</code></pre>
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<h5 id="const-fn-的限制"><a class="header" href="#const-fn-的限制">const fn 的限制</a></h5>
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<p>虽然 <code>const fn</code> 提供了很多便利，但是由于其在编译期执行，以确保函数能在编译期被安全地求值，因此有一些限制，例如，不可将随机数生成器写成 <code>const fn</code>。</p>
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<p>无论在编译时还是运行时调用 <code>const fn</code>，它们的结果总是相同，即使多次调用也是如此。唯一的例外是，如果你在极端情况下进行复杂的浮点操作，你可能会得到（非常轻微的）不同结果。因此，不建议使 <code>数组长度 (arr.len())</code> 和 <code>Enum判别式</code> 依赖于浮点计算。</p>
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<h5 id="结合-const-fn-与-const-泛型"><a class="header" href="#结合-const-fn-与-const-泛型">结合 const fn 与 const 泛型</a></h5>
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<p>将 <code>const fn</code> 与 <code>const 泛型</code> 结合，可以实现更加灵活和高效的代码设计。例如，创建一个固定大小的缓冲区结构，其中缓冲区大小由编译期计算确定：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">struct Buffer<const N: usize> {
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data: [u8; N],
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}
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const fn compute_buffer_size(factor: usize) -> usize {
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factor * 1024
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}
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fn main() {
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const SIZE: usize = compute_buffer_size(4);
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let buffer = Buffer::<SIZE> {
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data: [0; SIZE],
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};
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println!("Buffer size: {} bytes", buffer.data.len());
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}</code></pre>
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<p>在这个例子中，<code>compute_buffer_size</code> 是一个常量函数，它根据传入的 <code>factor</code> 计算缓冲区的大小。在 <code>main</code> 函数中，我们使用 <code>compute_buffer_size(4)</code> 来计算缓冲区大小为 4096 字节，并将其作为泛型参数传递给 <code>Buffer</code> 结构体。这样，缓冲区的大小在编译期就被确定下来，避免了运行时的计算开销。</p>
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<h2 id="泛型的性能"><a class="header" href="#泛型的性能">泛型的性能</a></h2>
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<p>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。</p>
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<p>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。</p>
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<p>具体来说：</p>
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<p>Rust 通过在编译时进行泛型代码的 <strong>单态化</strong>(<em>monomorphization</em>)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。</p>
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<p>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。</p>
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<p>让我们看看一个使用标准库中 <code>Option</code> 枚举的例子：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021"><span class="boring">#![allow(unused)]
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|
</span><span class="boring">fn main() {
|
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|
</span>let integer = Some(5);
|
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|
let float = Some(5.0);
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|
<span class="boring">}</span></code></pre>
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<p>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 <code>Option<T></code> 的值并发现有两种 <code>Option<T></code>：一种对应 <code>i32</code> 另一种对应 <code>f64</code>。为此，它会将泛型定义 <code>Option<T></code> 展开为 <code>Option_i32</code> 和 <code>Option_f64</code>，接着将泛型定义替换为这两个具体的定义。</p>
|
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|
<p>编译器生成的单态化版本的代码看起来像这样：</p>
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<pre class="playground"><code class="language-rust edition2021">enum Option_i32 {
|
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Some(i32),
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|
|
None,
|
|
|
}
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enum Option_f64 {
|
|
|
Some(f64),
|
|
|
None,
|
|
|
}
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fn main() {
|
|
|
let integer = Option_i32::Some(5);
|
|
|
let float = Option_f64::Some(5.0);
|
|
|
}</code></pre>
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|
<p>我们可以使用泛型来编写不重复的代码，而 Rust 将会为每一个实例编译其特定类型的代码。这意味着在使用泛型时没有运行时开销；当代码运行，它的执行效率就跟好像手写每个具体定义的重复代码一样。这个单态化过程正是 Rust 泛型在运行时极其高效的原因。</p>
|
|
|
<h2 id="课后练习"><a class="header" href="#课后练习">课后练习</a></h2>
|
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<blockquote>
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|
<p>Rust By Practice，支持代码在线编辑和运行，并提供详细的习题解答。</p>
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<ul>
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|
<li><a href="https://practice-zh.course.rs/generics-traits/generics.html">泛型</a>
|
|
|
<ul>
|
|
|
<li><a href="https://github.com/sunface/rust-by-practice/blob/master/solutions/generics-traits/generics.md">习题解答</a></li>
|
|
|
</ul>
|
|
|
</li>
|
|
|
<li><a href="https://practice-zh.course.rs/generics-traits/const-generics.html">const 泛型</a>
|
|
|
<ul>
|
|
|
<li><a href="https://github.com/sunface/rust-by-practice/blob/master/solutions/generics-traits/const-generics.md">习题解答</a></li>
|
|
|
</ul>
|
|
|
</li>
|
|
|
</ul>
|
|
|
</blockquote>
|
|
|
|
|
|
</main>
|
|
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</a>
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</a>
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</a>
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</a>
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|
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