diff --git a/src/ch18-01-what-is-oo.md b/src/ch18-01-what-is-oo.md index 228fd34..1f0cdb1 100644 --- a/src/ch18-01-what-is-oo.md +++ b/src/ch18-01-what-is-oo.md @@ -1,28 +1,27 @@ ## 面向对象语言的特征 -> [ch18-01-what-is-oo.md](https://github.com/rust-lang/book/blob/main/src/ch18-01-what-is-oo.md) ->
-> commit 398d6f48d2e6b7b15efd51c4541d446e89de3892 + + 关于一门语言必须具备哪些特征才能被视为面向对象,目前在编程社区中并没有共识。Rust 受到了许多编程范式的影响,包括面向对象编程(OOP);例如,在第 13 章中,我们探讨了来自函数式编程的特性。可以说,面向对象的语言共有一些共同的特征,即对象、封装和继承。我们将会讨论这些特征分别是什么,以及 Rust 是否支持它们。 ### 对象包含数据和行为 -由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides(Addison-Wesley Professional, 1994)编写的书 *Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software* ,通称 *The Gang of Four* (“四人帮”),是一本面向对象设计模式的目录。它这样定义面向对象编程: +由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides(Addison-Wesley Professional, 1994)编写的书 *Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software* ,通称 *The Gang of Four*,是一本面向对象设计模式的目录。它这样定义面向对象编程: > Object-oriented programs are made up of objects. An *object* packages both > data and the procedures that operate on that data. The procedures are > typically called *methods* or *operations*. > -> 面向对象的程序由对象组成。一个 **对象** 包含数据和操作这些数据的过程。这些过程通常被称为 **方法** 或 **操作**。 +> 面向对象的程序由对象组成。一个**对象**包含数据和操作这些数据的过程。这些过程通常被称为**方法** 或**操作**。 -在这个定义下,Rust 是面向对象的:结构体和枚举包含数据而 `impl` 块提供了在结构体和枚举之上的方法。虽然带有方法的结构体和枚举并不被 **称为** 对象,但是它们提供了与对象相同的功能,参考 *The Gang of Four* 中对象的定义。 +在这个定义下,Rust 是面向对象的:结构体和枚举包含数据而 `impl` 块提供了在结构体和枚举之上的方法。虽然带有方法的结构体和枚举并不被**称为**对象,但是参考 *The Gang of Four* 中对象的定义,它们提供了与对象相同的功能。 ### 封装隐藏了实现细节 -另一个通常与面向对象编程关联的概念是 **封装**(*encapsulation*):一个对象的实现细节对使用该对象的代码不可访问。因此,对象交互的唯一方式是通过其公共 API;使用对象的代码不应能直接触及对象的内部并改变数据或行为。这使得程序员能够更改和重构一个对象的内部实现,而无需改变使用该对象的代码。 +另一个通常与面向对象编程关联的概念是 **封装**(*encapsulation*):一个对象的实现细节对使用该对象的代码不可见。因此,对象交互的唯一方式是通过其公有 API;使用对象的代码不应能直接触及对象的内部并改变数据或行为。这使得程序员能够更改和重构一个对象的内部实现,而无需改变使用该对象的代码。 -我们在第 7 章讨论了如何控制封装:我们可以使用 `pub` 关键字来决定代码中的哪些模块、类型、函数和方法是公有的,而默认情况下其他所有内容都是私有的。例如,我们可以定义一个 `AveragedCollection` 结构体,其中有一个存有 `Vec` 的字段。该结构体还可以有一个字段存储其平均值,以便需要时取用。示例 17-1 给出了 `AveragedCollection` 结构体的定义: +我们在第七章讨论了如何控制封装:我们可以使用 `pub` 关键字来决定代码中的哪些模块、类型、函数和方法是公有的,而默认情况下其他所有内容都是私有的。例如,我们可以定义一个 `AveragedCollection` 结构体,其中有一个存有 `Vec` 的字段。该结构体还可以有一个字段存储向量中值的平均值,从而无需在每次需要时重新计算。换句话说,`AveragedCollection` 会为我们缓存已计算的平均值。示例 18-1 给出了 `AveragedCollection` 结构体的定义: 文件名:src/lib.rs @@ -30,9 +29,9 @@ {{#rustdoc_include ../listings/ch18-oop/listing-18-01/src/lib.rs}} ``` -示例 17-1: `AveragedCollection` 结构体维护了一个整型列表及其所有元素的平均值。 +示例 18-1: `AveragedCollection` 结构体维护了一个整型列表及其所有元素的平均值。 -该结构体被标记为 `pub`,这样其他代码就可以使用它,但结构体内的字段保持私有。这在这种情况下很重要,因为我们想确保每当列表中添加或删除值时,平均值也会更新。我们通过实现结构体上的 `add`、`remove` 和 `average` 方法来做到这一点,如示例 17-2 所示: +该结构体被标记为 `pub`,这样其他代码就可以使用它,但结构体内的字段仍保持私有。这在这种情况下很重要,因为我们想确保每当列表中添加或删除值时,平均值也会更新。我们通过实现结构体上的 `add`、`remove` 和 `average` 方法来做到这一点,如示例 18-2 所示: 文件名:src/lib.rs @@ -40,17 +39,17 @@ {{#rustdoc_include ../listings/ch18-oop/listing-18-02/src/lib.rs:here}} ``` -示例 17-2: 在 `AveragedCollection` 结构体上实现了 `add`、`remove` 和 `average` 公有方法 +示例 18-2: 在 `AveragedCollection` 结构体上实现了 `add`、`remove` 和 `average` 公有方法 -公有方法 `add`、`remove` 和 `average` 是修改 `AveragedCollection` 实例的唯一方式。当使用 `add` 方法把一个元素加入到 `list` 或者使用 `remove` 方法来删除时,这些方法的实现同时会调用私有的 `update_average` 方法来更新 `average` 字段。 +公有方法 `add`、`remove` 和 `average` 是访问或修改 `AveragedCollection` 实例中数据的唯一途径。当使用 `add` 方法把一个元素加入到 `list` 或者使用 `remove` 方法来删除时,这些方法的实现同时会调用私有的 `update_average` 方法来更新 `average` 字段。 `list` 和 `average` 是私有的,所以没有其他方式来使得外部的代码直接向 `list` 增加或者删除元素,否则 `list` 改变时可能会导致 `average` 字段不同步。`average` 方法返回 `average` 字段的值,这使得外部的代码只能读取 `average` 而不能修改它。 -因为我们已经封装了 `AveragedCollection` 的实现细节,改动数据结构等内部实现非常简单。例如,可以使用 `HashSet` 代替 `Vec` 作为 `list` 字段的类型。只要 `add`、`remove` 和 `average` 这些公有方法的签名保持不变,使用 `AveragedCollection` 的代码就无需改变。如果我们将 `list` 设为公有,情况就未必如此: `HashSet` 和 `Vec` 使用不同的方法增加或移除项,所以如果外部代码直接修改 `list` ,很可能需要进行更改。 +因为我们已经封装了 `AveragedCollection` 的实现细节,改动数据结构等内部实现非常简单。例如,可以使用 `HashSet` 代替 `Vec` 作为 `list` 字段的类型。只要 `add`、`remove` 和 `average` 这些公有方法的签名保持不变,使用 `AveragedCollection` 的代码就无需改变。如果我们将 `list` 设为公有,情况就未必如此:`HashSet` 和 `Vec` 使用不同的方法增加或移除项,所以如果外部代码直接修改 `list`,很可能需要进行更改。 如果封装被认为是面向对象语言所必要的特征,那么 Rust 满足这个要求。在代码中不同的部分控制 `pub` 的使用来封装实现细节。 -## 继承,作为类型系统与代码共享 +## 继承作为类型系统与代码共享 **继承**(*Inheritance*)是一种机制:一个对象可以从另一个对象的定义中继承元素,从而获得父对象的数据和行为,无需再次定义。 @@ -60,13 +59,14 @@ 选择继承有两个主要的原因。其一是代码复用:您可以为一种类型实现特定的行为,继承可将其复用到不同的类型上。在 Rust 代码中可以使用默认 trait 方法实现来进行有限的代码复用,就像示例 10-14 中在 `Summary` trait 上增加的 `summarize` 方法的默认实现。任何实现了 `Summary` trait 的类型都可以使用 `summarize` 方法而无须进一步实现。这类似于父类有一个方法的实现,继承的子类也拥有这个方法的实现。当实现 `Summary` trait 时也可以选择覆盖 `summarize` 的默认实现,这类似于子类覆盖从父类继承方法的实现。 -其二与类型系统有关:子类型可以用于父类型被使用的地方。这也被称为 **多态**(*polymorphism*):如果多个对象共享某些特征,可以在运行时将它们互相替代。 +其二与类型系统有关:子类型可以用于父类型被使用的地方。这也被称为**多态**(*polymorphism*):如果多个对象共享某些特征,可以在运行时将它们互相替代。 -> 多态(Polymorphism) +> ### 多态(Polymorphism) > > 对很多人来说,多态性与继承同义。但它实际上是一个更广义的概念,指的是可以处理多种类型数据的代码。对继承而言,这些类型通常是子类。 -> Rust 使用泛型来抽象不同可能的类型,并通过 trait bounds 来约束这些类型所必须提供的内容。这有时被称为 *bounded parametric polymorphism*。 +> +> Rust 使用泛型来抽象不同可能的类型,并通过 trait bound 来约束这些类型所必须提供的内容。这有时被称为 *bounded parametric polymorphism*。 -作为一种语言设计的解决方案,继承在许多新的编程语言中逐渐不被青睐,因为它经常有分享过多代码的风险。子类不应总是共享父类的所有特征,但是继承始终如此。它还引入了在子类上调用方法的可能性,这些方法可能没有意义,或因为方法不适用于子类而导致错误。此外,一些语言只允许单一继承(意味着子类只能从一个类继承),进一步限制了程序设计的灵活性。 +作为一种语言设计的解决方案,继承在许多新的编程语言中逐渐不被青睐,因为它经常有分享过多代码的风险。子类不应总是共享父类的所有特征,但是继承始终如此。这会降低程序设计的灵活性。它还引入了在子类上调用方法的可能性,这些方法可能没有意义,或因为方法不适用于子类而导致错误。此外,一些语言只允许单一继承(意味着子类只能从一个类继承),进一步限制了程序设计的灵活性。 出于这些原因,Rust 使用 trait 对象而非继承。接下来我们会讨论 Rust 如何使用 trait 对象实现多态性。 diff --git a/src/ch18-02-trait-objects.md b/src/ch18-02-trait-objects.md index 06340b2..d82c44a 100644 --- a/src/ch18-02-trait-objects.md +++ b/src/ch18-02-trait-objects.md @@ -1,24 +1,23 @@ ## 顾及不同类型值的 trait 对象 -> [ch18-02-trait-objects.md](https://github.com/rust-lang/book/blob/main/src/ch18-02-trait-objects.md) ->
-> commit 96d4b0ec1c5e019b85604c33ceee68b3e2669d40 + + -在第八章中,我们谈到了 vector 只能存储同种类型元素的局限。示例 8-9 中提供了一个替代方案,通过定义 `SpreadsheetCell` 枚举,来储存整型、浮点型或文本类型的成员。这意味着,我们可以在每个单元中储存不同类型的数据,并仍能拥有一个代表一排单元的 vector。只要我们需存储的值由一组固定的类型组成,并且在代码编译时就知道具体会有哪些类型,那么这种使用枚举的办法是完全可行的。 +在第八章中,我们谈到了 vector 只能存储同种类型元素的局限性。示例 8-9 中提供了一个替代方案,通过定义 `SpreadsheetCell` 枚举,来储存整型、浮点型或文本类型的变体。这意味着,我们可以在每个单元中储存不同类型的数据,并仍能拥有一个代表一排单元的 vector。只要我们需存储的值由一组固定的类型组成,并且在代码编译时就知道具体会有哪些类型,那么这种使用枚举的办法是完全可行的。 然而有时我们希望库用户在特定情况下能够扩展有效的类型集合。为了展示如何实现这一点,这里将创建一个图形用户接口(Graphical User Interface,GUI)工具的例子,它通过遍历列表并调用每一个项目的 `draw` 方法来将其绘制到屏幕上 —— 此乃一个 GUI 工具的常见技术。我们将要创建一个叫做 `gui` 的库 crate,它含一个 GUI 库的结构。这个 GUI 库包含一些可供开发者使用的类型,比如 `Button` 或 `TextField`。在此之上,`gui` 的用户希望创建自定义的可以绘制于屏幕上的类型:比如,一个程序员可能会增加 `Image`,另一个可能会增加 `SelectBox`。 -这个例子中并不会实现一个功能完善的 GUI 库,不过会展示其中各个部分是如何结合在一起的。编写库的时候,我们不可能知晓并定义所有其他程序员希望创建的类型。我们所知晓的是 `gui` 需要记录一系列不同类型的值,并需要能够对其中每一个值调用 `draw` 方法。这里无需知道调用 `draw` 方法时具体会发生什么,只要该值会有那个方法可供我们调用。 +这个例子中并不会实现一个功能完善的 GUI 库,不过会展示其中各个部分是如何结合在一起的。编写库的时候,我们不可能知晓并定义所有其他程序员希望创建的类型。我们所知晓的是 `gui` 需要记录一系列不同类型的值,并需要能够对其中每一个值调用 `draw` 方法。这里无需知道调用 `draw` 方法时具体会发生什么,只要该值会有那个方法可供我们调用即可。 -在拥有继承的语言中,可以定义一个名为 `Component` 的类,该类上有一个 `draw` 方法。其他的类比如 `Button`、`Image` 和 `SelectBox` 会从 `Component` 派生并因此继承 `draw` 方法。它们各自都可以覆盖 `draw` 方法来定义自己的行为,但是框架会把所有这些类型当作是 `Component` 的实例,并在其上调用 `draw`。不过 Rust 并没有继承,我们得另寻出路。 +在拥有继承的语言中,可以定义一个名为 `Component` 的类,该类上有一个 `draw` 方法。其他的类比如 `Button`、`Image` 和 `SelectBox` 会从 `Component` 派生并因此继承 `draw` 方法。它们各自都可以重写 `draw` 方法来定义自己的行为,但是框架会把所有这些类型当作是 `Component` 的实例,并在其上调用 `draw`。不过 Rust 并没有继承,我们需要寻找另一种方式来设计 `gui` 库,以便用户能够使用新类型进行扩展。 ### 定义通用行为的 trait -为了实现 `gui` 所期望的行为,让我们定义一个 `Draw` trait,其中包含名为 `draw` 的方法。接着可以定义一个存放 **trait 对象**(*trait object*)的 vector。trait 对象指向一个实现了我们指定 trait 的类型的实例,以及一个用于在运行时查找该类型的 trait 方法的表。我们通过指定某种指针来创建 trait 对象,例如 `&` 引用或 `Box` 智能指针,还有 `dyn` keyword,以及指定相关的 trait(第二十章 [“动态大小类型和 `Sized` trait”][dynamically-sized] 部分会介绍 trait 对象必须使用指针的原因)。我们可以使用 trait 对象代替泛型或具体类型。任何使用 trait 对象的位置,Rust 的类型系统会在编译时确保任何在此上下文中使用的值会实现其 trait 对象的 trait。如此便无需在编译时就知晓所有可能的类型。 +为了实现 `gui` 所期望的行为,让我们定义一个 `Draw` trait,其中包含名为 `draw` 的方法。接着可以定义一个存放**trait 对象**(*trait object*)的 vector。trait 对象指向一个实现了我们指定 trait 的类型的实例,以及一个用于在运行时查找该类型的 trait 方法的表。我们通过指定某种指针来创建 trait 对象,例如 `&` 引用或 `Box` 智能指针,还有 `dyn` 关键字,以及指定相关的 trait(第二十章 [“动态大小类型和 `Sized` trait”][dynamically-sized] 部分会介绍 trait 对象必须使用指针的原因)。我们可以使用 trait 对象代替泛型或具体类型。任何使用 trait 对象的位置,Rust 的类型系统会在编译时确保任何在此上下文中使用的值会实现其 trait 对象的 trait。如此便无需在编译时就知晓所有可能的类型。 -之前提到过,Rust 刻意不将结构体与枚举称为 “对象”,以便与其他语言中的对象相区别。在结构体或枚举中,结构体字段中的数据和 `impl` 块中的行为是分开的,不同于其他语言中将数据和行为组合进一个称为对象的概念中。trait 对象将数据和行为两者相结合,从这种意义上说 **则** 其更类似其他语言中的对象。不过 trait 对象不同于传统的对象,因为不能向 trait 对象增加数据。trait 对象并不像其他语言中的对象那么通用:其(trait 对象)具体的作用是允许对通用行为进行抽象。 +之前提到过,Rust 刻意不将结构体与枚举称为 “对象”,以便与其他语言中的对象相区别。在结构体或枚举中,结构体字段中的数据和 `impl` 块中的行为是分开的,不同于其他语言中将数据和行为组合进一个称为对象的概念中。trait 对象将数据和行为两者相结合,从这种意义上说**则**更类似其他语言中的对象。不过 trait 对象不同于传统的对象,因为不能向 trait 对象添加数据。trait 对象并不像其他语言中的对象那么通用:其具体的作用是允许对通用行为进行抽象。 -示例 17-3 展示了如何定义一个带有 `draw` 方法的 trait `Draw`: +示例 18-3 展示了如何定义一个带有 `draw` 方法的 trait `Draw`: 文件名:src/lib.rs @@ -26,9 +25,9 @@ {{#rustdoc_include ../listings/ch18-oop/listing-18-03/src/lib.rs}} ``` -示例 17-3:`Draw` trait 的定义 +示例 18-3:`Draw` trait 的定义 -因为第十章已经讨论过如何定义 trait,其语法看起来应该比较眼熟。接下来就是新内容了:示例 17-4 定义了一个存放了名叫 `components` 的 vector 的结构体 `Screen`。这个 vector 的类型是 `Box`,此为一个 trait 对象:它是 `Box` 中任何实现了 `Draw` trait 的类型的替身。 +因为第十章已经讨论过如何定义 trait,其语法看起来应该比较眼熟。接下来就是一些新语法:示例 18-4 定义了一个存放了名叫 `components` 的 vector 的结构体 `Screen`。这个 vector 的类型是 `Box`,此为一个 trait 对象:它是 `Box` 中任何实现了 `Draw` trait 的类型的替身。 文件名:src/lib.rs @@ -36,9 +35,9 @@ {{#rustdoc_include ../listings/ch18-oop/listing-18-04/src/lib.rs:here}} ``` -示例 17-4: 一个 `Screen` 结构体的定义,它带有一个字段 `components`,其包含实现了 `Draw` trait 的 trait 对象的 vector +示例 18-4: 一个 `Screen` 结构体的定义,它带有一个字段 `components`,其包含实现了 `Draw` trait 的 trait 对象的 vector -在 `Screen` 结构体上,我们将定义一个 `run` 方法,该方法会对其 `components` 上的每一个组件调用 `draw` 方法,如示例 17-5 所示: +在 `Screen` 结构体上,我们将定义一个 `run` 方法,该方法会对其 `components` 上的每一个组件调用 `draw` 方法,如示例 18-5 所示: 文件名:src/lib.rs @@ -46,9 +45,9 @@ {{#rustdoc_include ../listings/ch18-oop/listing-18-05/src/lib.rs:here}} ``` -示例 17-5:在 `Screen` 上实现一个 `run` 方法,该方法在每个 component 上调用 `draw` 方法 +示例 18-5:在 `Screen` 上实现一个 `run` 方法,该方法在每个 component 上调用 `draw` 方法 -这与定义使用了带有 trait bound 的泛型类型参数的结构体不同。泛型类型参数一次只能替代一个具体类型,而 trait 对象则允许在运行时替代多种具体类型。例如,可以定义 `Screen` 结构体来使用泛型和 trait bound,如示例 17-6 所示: +这与定义使用了带有 trait bound 的泛型类型参数的结构体不同。泛型类型参数一次只能替代一个具体类型,而 trait 对象则允许在运行时替代多种具体类型。例如,可以定义 `Screen` 结构体来使用泛型和 trait bound,如示例 18-6 所示: 文件名:src/lib.rs @@ -56,15 +55,15 @@ {{#rustdoc_include ../listings/ch18-oop/listing-18-06/src/lib.rs:here}} ``` -示例 17-6: 一种 `Screen` 结构体的替代实现,其 `run` 方法使用泛型和 trait bound +示例 18-6: 一种 `Screen` 结构体的替代实现,其 `run` 方法使用泛型和 trait bound -这限制了 `Screen` 实例必须拥有一个全是 `Button` 类型或者全是 `TextField` 类型的组件列表。如果只需要同质(相同类型)集合,则倾向于使用泛型和 trait bound,因为其定义会在编译时采用具体类型进行单态化。 +这限制了 `Screen` 实例必须拥有一个全是 `Button` 类型或者全是 `TextField` 类型的组件列表。如果只需要同质(相同类型,homogeneous)集合,则倾向于使用泛型和 trait bound,因为其定义会在编译时采用具体类型进行单态化(monomorphized)。 另一方面,通过使用 trait 对象的方法,一个 `Screen` 实例可以存放一个既能包含 `Box