类型系统中的几个常见 Trait - Deref 与 Deref coercions

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2023-12-01

Deref 是 deref 操作符 * 的 trait，比如 *v。

一般理解，*v 操作，是 &v 的反向操作，即试图由资源的引用获取到资源的拷贝（如果资源类型实现了 Copy），或所有权（资源类型没有实现 Copy）。

Rust 中，本操作符行为可以重载。这也是 Rust 操作符的基本特点。本身没有什么特别的。

强制隐式转换（coercion）

Deref 神奇的地方并不在本身 解引 这个意义上，Rust 的设计者在它之上附加了一个特性：强制隐式转换，这才是它神奇之处。

这种隐式转换的规则为：

一个类型为 T 的对象 foo，如果 T: Deref<Target=U>，那么，相关 foo 的某个智能指针或引用（比如 &foo）在应用的时候会自动转换成 &U。

粗看这条规则，貌似有点类似于 AsRef，而跟 解引 似乎风马牛不相及。实际里面有些玄妙之处。

Rust 编译器会在做 *v 操作的时候，自动先把 v 做引用归一化操作，即转换成内部通用引用的形式 &v，整个表达式就变成 *&v。这里面有两种情况：

把其它类型的指针（比如在库中定义的，Box, Rc, Arc, Cow 等），转成内部标准形式 &v；
把多重 & （比如：&&&&&&&v），简化成 &v（通过插入足够数量的 * 进行解引）。

所以，它实际上在解引用之前做了一个引用的归一化操作。

为什么要转呢？因为编译器设计的能力是，只能够对 &v 这种引用进行解引用。其它形式的它不认识，所以要做引用归一化操作。

使用引用进行过渡也是为了能够防止不必要的拷贝。

下面举一些例子：

fn foo(s: &str) {
    // borrow a string for a second
}
// String implements Deref<Target=str>
let owned = "Hello".to_string();
// therefore, this works:
foo(&owned);

因为 String 实现了 Deref<Target=str>。

use std::rc::Rc;
fn foo(s: &str) {
    // borrow a string for a second
}
// String implements Deref<Target=str>
let owned = "Hello".to_string();
let counted = Rc::new(owned);
// therefore, this works:
foo(&counted);

因为 Rc<T> 实现了 Deref<Target=T>。

fn foo(s: &[i32]) {
    // borrow a slice for a second
}
// Vec<T> implements Deref<Target=[T]>
let owned = vec![1, 2, 3];
foo(&owned);

因为 Vec<T> 实现了 Deref<Target=[T]>。

struct Foo;
impl Foo {
    fn foo(&self) { println!("Foo"); }
}
let f = &&Foo;
f.foo();
(&f).foo();
(&&f).foo();
(&&&&&&&&f).foo();

上面那几种函数的调用，效果是一样的。

coercion 的设计，是 Rust 中仅有的类型隐式转换，设计它的目的，是为了简化程序的书写，让代码不至于过于繁琐。把人从无尽的类型细节中解脱出来，让书写 Rust 代码变成一件快乐的事情。