第 11 章特型与泛型(1)

吉姆•布兰迪

计算机科学家倾向于处理非统一性结构（情形 1、情形 2、情形 3），而数学家则倾向于找一个统一的公理来管理整个体系。
——高德纳
编程领域的伟大发现之一，就是可以编写能对许多不同类型（甚至是尚未发明的类型）的值进行操作的代码。下面是两个例子。
Vec<T> 是泛型的：你可以创建任意类型值的向量，包括在你的程序中定义的连 Vec 的作者都不曾设想的类型。
许多类型有 .write() 方法，包括 File 和 TcpStream。你的代码可以通过引用来获取任意写入器，并向它发送数据。你的代码不必关心写入器的类型。以后，如果有人添加了一种新型写入器，你的代码也能够直接支持。
当然，这种能力对 Rust 来说并不是什么新鲜事。这就是所谓的多态性，在 20 世纪 70 年代，它是最新且最热门的编程语言技术。到了现在，多态性实际上已经成了通用技术。Rust 通过两个相关联的特性来支持多态：特型和泛型。许多程序员熟悉这些概念，但 Rust 受到 Haskell 类型类（typeclass）的启发，采用了一种全新的方式。
特型是 Rust 体系中的接口或抽象基类。乍一看，它们和 Java 或 C# 中的接口差不多。写入字节的特型称为 std::io::Write，它在标准库中的定义开头部分是这样的：
trait Write {
    fn write(&mut self, buf: &[u8]) -> Result<usize>;
    fn flush(&mut self) -> Result<()>;
    fn write_all(&mut self, buf: &[u8]) -> Result<()> { ... }
    ...
}
此特型还提供了几个方法，我们只展示了前 3 个。
File 和 TcpStream 这两个标准类型以及 Vec<u8> 都实现了 std::io::Write。这 3 种类型都提供了 .write()、.flush() 等方法。使用写入器而不关心其具体类型的代码如下所示：
use std::io::Write;
fn say_hello(out: &mut dyn Write) -> std::io::Result<()> {
    out.write_all(b"hello world\n")?;
    out.flush()
}
out 的类型是 &mut dyn Write，意思是“对实现了 Write 特型的任意值的可变引用”。我们可以将任何此类值的可变引用传给 say_hello：
use std::fs::File;
let mut local_file = File::create("hello.txt")?;
say_hello(&mut local_file)?;  // 正常
let mut bytes = vec![];
say_hello(&mut bytes)?;  // 同样正常
assert_eq!(bytes, b"hello world\n");
本章展示特型的用法、工作原理，以及如何定义你自己的特型。其实，除了前面介绍的用法，特型还有很多其他用法：我们会使用特型为现有类型添加扩展方法，甚至可以在 str、bool 等内置类型上添加；我们会解释为什么向类型添加特型不需要额外的内存，以及如何在不需要虚方法调用开销的情况下使用特型；我们会看到，某些内置特型其实是 Rust 为运算符重载和其他特性提供的语言级钩子；我们会介绍 Self 类型、关联函数和关联类型，这是 Rust 从 Haskell 中借来的三大特性，它们优雅地解决了其他语言中要通过变通和入侵才能解决的问题。

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解释
总结

Rust编程语言中的特型和泛型是本文的重点内容。特型代表类型的能力，如写入字节、生成一系列值、克隆自身等，而泛型允许函数或类型与不同类型的值一起使用。文章通过示例展示了特型的用法和工作原理，并介绍了如何定义自己的特型。此外，还讨论了特型方法的作用域规则和特型方法与虚方法的区别。泛型函数的定义和使用也在文章中有所涉及。特型对象和泛型代码的选择也被探讨，指出了它们各自的优势和适用场景。文章还介绍了特型的定义与实现，以及默认方法的应用场景，展示了Rust语言的灵活性和强大的扩展能力。此外，还介绍了特型中的Self，子特型以及类型关联函数的使用。总的来说，本文对于想要深入了解Rust编程语言特性的读者具有很高的参考价值。

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