4.30.关联类型

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2023-12-01

关联类型是 Rust 类型系统中非常强大的一部分。它涉及到‘类型族’的概念，换句话说，就是把多种类型归于一类。这个描述可能比较抽象，所以让我们深入研究一个例子。如果你想编写一个Graph trait，你需要泛型化两个类型：点类型和边类型。所以你可能会像这样写一个 trait，Graph<N, E>：

trait Graph<N, E> {
    fn has_edge(&self, &N, &N) -> bool;
    fn edges(&self, &N) -> Vec<E>;
    // Etc.
}

虽然这可以工作，不过显得很尴尬，例如，任何需要一个Graph作为参数的函数都需要泛型化的Node和Edge类型：

fn distance<N, E, G: Graph<N, E>>(graph: &G, start: &N, end: &N) -> u32 { ... }

我们的距离计算并不需要Edge类型，所以函数签名中E只是写着玩的。

我们需要的是对于每一种Graph类型，都使用一个特定的的Node和Edge类型。我们可以用关联类型来做到这一点：

trait Graph {
    type N;
    type E;

    fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
    fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
    // Etc.
}

现在，我们使用一个抽象的Graph了：

fn distance<G: Graph>(graph: &G, start: &G::N, end: &G::N) -> uint { ... }

这里不再需要处理Edge类型了。

让我们更详细的回顾一下。

定义关联类型

让我们构建一个Graphtrait。这里是定义：

trait Graph {
    type N;
    type E;

    fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
    fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
}

十分简单。关联类型使用type关键字，并出现在trait体和函数中。

这些type声明跟函数定义一样。例如，如果我们想N类型实现Display，这样我们就可以打印出点类型，我们可以这样写：

use std::fmt;

trait Graph {
    type N: fmt::Display;
    type E;

    fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
    fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
}

实现关联类型

就像任何 trait，使用关联类型的 trait 用impl关键字来提供实现。下面是一个Graph的简单实现：

# trait Graph {
#     type N;
#     type E;
#     fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
#     fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
# }
struct Node;

struct Edge;

struct MyGraph;

impl Graph for MyGraph {
    type N = Node;
    type E = Edge;

    fn has_edge(&self, n1: &Node, n2: &Node) -> bool {
        true
    }

    fn edges(&self, n: &Node) -> Vec<Edge> {
        Vec::new()
    }
}

这个可笑的实现总是返回true和一个空的Vec<Edge>，不过它提供了如何实现这类 trait 的思路。首先我们需要3个struct，一个代表图，一个代表点，还有一个代表边。如果使用别的类型更合理，也可以那样做，我们只是准备使用struct来代表这 3 个类型。

接下来是impl行，它就像其它任何 trait 的实现。

在这里，我们使用=来定义我们的关联类型。trait 使用的名字出现在=的左边，而我们impl的具体类型出现在右边。最后，我们在函数声明中使用具体类型。

trait 对象和关联类型

这里还有另外一个我们需要讨论的语法：trait对象。如果你试图从一个带有关联类型的 trait 创建一个 trait 对象，像这样：

# trait Graph {
#     type N;
#     type E;
#     fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
#     fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
# }
# struct Node;
# struct Edge;
# struct MyGraph;
# impl Graph for MyGraph {
#     type N = Node;
#     type E = Edge;
#     fn has_edge(&self, n1: &Node, n2: &Node) -> bool {
#         true
#     }
#     fn edges(&self, n: &Node) -> Vec<Edge> {
#         Vec::new()
#     }
# }
let graph = MyGraph;
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph>;

你会得到两个错误：

error: the value of the associated type `E` (from the trait `main::Graph`) must
be specified [E0191]
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph>;
          ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
24:44 error: the value of the associated type `N` (from the trait
`main::Graph`) must be specified [E0191]
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph>;
          ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

我们不能这样创建一个trait对象，因为我们并不知道关联的类型。相反，我们可以这样写：

# trait Graph {
#     type N;
#     type E;
#     fn has_edge(&self, &Self::N, &Self::N) -> bool;
#     fn edges(&self, &Self::N) -> Vec<Self::E>;
# }
# struct Node;
# struct Edge;
# struct MyGraph;
# impl Graph for MyGraph {
#     type N = Node;
#     type E = Edge;
#     fn has_edge(&self, n1: &Node, n2: &Node) -> bool {
#         true
#     }
#     fn edges(&self, n: &Node) -> Vec<Edge> {
#         Vec::new()
#     }
# }
let graph = MyGraph;
let obj = Box::new(graph) as Box<Graph<N=Node, E=Edge>>;

N=Node语法允许我们提供一个具体类型，Node，作为N类型参数。E=Edge也是一样。如果我们不提供这个限制，我们不能确定应该impl那个来匹配trait对象。