Merge pull request #595 from pphui8/object-safety

17-2 add object safety
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KaiserY 3 years ago committed by GitHub
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当使用 trait 对象时Rust 必须使用动态分发。编译器无法知晓所有可能用于 trait 对象代码的类型所以它也不知道应该调用哪个类型的哪个方法实现。为此Rust 在运行时使用 trait 对象中的指针来知晓需要调用哪个方法。动态分发也阻止编译器有选择的内联方法代码,这会相应的禁用一些优化。尽管在编写示例 17-5 和可以支持示例 17-9 中的代码的过程中确实获得了额外的灵活性,但仍然需要权衡取舍。 当使用 trait 对象时Rust 必须使用动态分发。编译器无法知晓所有可能用于 trait 对象代码的类型所以它也不知道应该调用哪个类型的哪个方法实现。为此Rust 在运行时使用 trait 对象中的指针来知晓需要调用哪个方法。动态分发也阻止编译器有选择的内联方法代码,这会相应的禁用一些优化。尽管在编写示例 17-5 和可以支持示例 17-9 中的代码的过程中确实获得了额外的灵活性,但仍然需要权衡取舍。
### trait对象需要类型安全
只有对象安全object-safe的trait可以实现为特征对象。这里有一些复杂的规则来实现trait的对象安全但在实践中只有两个相关的规则。如果一个 trait 中定义的所有方法都符合以下规则,则该 trait 是对象安全的:
- 返回值不是 `Self`
- 没有泛型类型的参数
`Self` 关键字是我们在 trait 与方法上的实现的别称trait 对象必须是对象安全的,因为一旦使用 trait 对象Rust 将不再知晓该实现的返回类型。如果一个 trait 的方法返回了一个 `Self` 类型,但是该 trait 对象忘记了 `Self` 的确切类型,那么该方法将不能使用原本的类型。当 trait 使用具体类型填充的泛型类型时也一样:具体类型成为实现 trait 的对象的一部分,当使用 trait 对象却忘了类型是什么时,无法知道应该用什么类型来填充泛型类型。
一个非对象安全的 trait 例子是标准库中的 `Clone` trait。`Clone` trait 中的 `clone` 方法的声明如下:
```rust,ignore
pub trait Clone {
fn clone(&self) -> Self;
}
```
`String` 类型实现了 `Clone` trait当我们在 `String` 的实例对象上调用 `clone` 方法时,我们会得到一个 `String` 类型实例对象。相似地,如果我们调用 `Vec<T>` 实例对象上的 `clone` 方法,我们会得到一个 `Vec<T>` 类型的实例对象。`clone` 方法的标签需要知道哪个类型是 `Self` 类型,因为 `Self` 是它的返回类型。
当我们尝试编译一些违反 trait 对象的对象安全规则的代码时我们会收到编译器的提示。例如我们想实现17-4的 `Screen` 结构体来保存一个实现了 `Clone` trait 而不是 `Draw` trait 的类型,如下所示
```rust,ignore,does_not_compile
pub struct Screen {
pub components: Vec<Box<dyn Clone>>,
}
```
我们将会收到如下错误:
```console
$ cargo build
Compiling gui v0.1.0 (file:///projects/gui)
error[E0038]: the trait `Clone` cannot be made into an object
--> src/lib.rs:2:29
|
2 | pub components: Vec<Box<dyn Clone>>,
| ^^^^^^^^^ `Clone` cannot be made into an object
|
= note: the trait cannot be made into an object because it requires `Self: Sized`
= note: for a trait to be "object safe" it needs to allow building a vtable to allow the call to be resolvable dynamically; for more information visit <https://doc.rust-lang.org/reference/items/traits.html#object-safety>
For more information about this error, try `rustc --explain E0038`.
error: could not compile `gui` due to previous error
```
这个错误意味着我们不能将此 trait 用于 trait 对象。如果你想了解更多有关对象安全的细节,请移步至 [Rust RFC 255][Rust RFC 255 ref] 或查看 [Rust Reference][Rust Reference ref]
[performance-of-code-using-generics]: [performance-of-code-using-generics]:
ch10-01-syntax.html#泛型代码的性能 ch10-01-syntax.html#泛型代码的性能
[dynamically-sized]: ch19-04-advanced-types.html#动态大小类型和-sized-trait [dynamically-sized]: ch19-04-advanced-types.html#动态大小类型和-sized-trait
[Rust RFC 255 ref]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0255-object-safety.md
[Rust Reference ref]: https://doc.rust-lang.org/reference/items/traits.html#object-safety
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