trait 告诉 Rust 编译器某个特定类型拥有可能与其他类型共享的功能。可以通过 trait 以一种抽象的方式定义共享的行为。可以使用 trait bounds 指定泛型是任何拥有特定行为的类型。

注意：trait 类似于其他语言中的常被称为接口（interfaces）的功能，虽然有一些不同

定义 trait

一个类型的行为由其方法定义，如果不同的类型有着相似的行为，可以使用 trait 实现。

比如，对于传统的新闻文章，我们可以在其上实现一个 提取摘要 的方法；对于现代的网络微博，也可以实现一个 提取摘要 方法。

pub trait Summary {fn summarize (&self) -> String;
}

首先使用 trait 关键字声明一个trait，后面是 trait名。在大括号声明实现这个trait 的具体方法签名。

不需要在定义 trait 时提供具体的方法体。如果一个类型要实现此 trait ，需要提供自己的方法体，编译器会确保任何实现 Summary 的类型都有与这个签名完全一致的 summarize 方法。

为类型实现 trait

上面说了，定义 trait 时只需要提供方法签名，不需要实现方法体。当具体某个类型要实现该 trait 时，再提供方法体。

比如我们定义了一个 Summary 的trait，现在新闻类型，微博类型要去实现这个 trait，此时我们实现内部方法 summarize。

pub trait Summary {fn summarize (&self) -> String;
}pub struct NewsArticle {pub headline: String,pub location: String,pub author: String,pub content: String,
}pub struct Weibo {pub username: String,pub content: String,pub reply: bool,pub retweet: bool,
}impl Summary for NewsArticle {fn summarize (&self) -> String {format!("{}, by {} ({})", self.headline, self.author, self.location)}
}impl Summary for Weibo {fn summarize (&self) -> String {format!("{}: {}", self.username, self.content)}
}

上面的代码中，我们分别声明了Summary trait、定义了 NewsArticle、Weibo 结构体、并为这两个类型实现了Summary trait。

实现trait 的语法为：impl xxx for xxxx。接下来看一下使用：

fn main () {let weibo = Weibo {username: String::from("@Fojuto"),content: String::from("今天下雨了"),reply: false,retweet: false,};println!("1 new weibo: {}", weibo.summarize());
}
// 1 new weibo: @Fojuto: 今天下雨了

假如我们的crate 名为 demo 的，而别人想要利用我们 crate 的功能为其自己的库作用域中的结构体实现 Summary trait。首先他们需要将 Summary 引入作用域。这可以通过指定 use demo::Summary; 实现，这样就可以为其类型实现 Summary trait 了。Summary 还必须是公有 trait 使得其他 crate 可以实现它，这也是为什么我们把 pub 置于 trait 之前。

实现 trait 时需要注意的一个限制是，只有当 trait 或者要实现 trait 的类型位于 crate 的本地作用域时，才能为该类型实现 trait。例如，可以为 aggregator crate 的自定义类型 Tweet 实现如标准库中的 Display trait，这是因为 Tweet 类型位于 aggregator crate 本地的作用域中。类似地，也可以在 aggregator crate 中为 Vec<T> 实现 Summary，这是因为 Summary trait 位于 aggregator crate 本地作用域中。

但是不能为外部类型实现外部 trait。例如，不能在 aggregator crate 中为 Vec<T> 实现 Display trait。这是因为 Display 和 Vec<T> 都定义于标准库中，它们并不位于 aggregator crate 本地作用域中。这个限制是被称为 相干性（coherence）的程序属性的一部分，或者更具体的说是 孤儿规则（orphan rule），其得名于不存在父类型。这条规则确保了其他人编写的代码不会破坏你代码，反之亦然。没有这条规则的话，两个 crate 可以分别对相同类型实现相同的 trait，而 Rust 将无从得知应该使用哪一个实现。

上面哔哔了这么多，用我的话说就是：

自己写的就是内部的，不是自己写的就是外部的。要为类型实现 trait 有限制——两者至少有一个是内部的。

举个例子

Summary 就是一个 trait，Weibo 就是一个类型，都是内部的。
标准库中的 Display 是一个 trait ，标准库中的 Vec<T> 是一个类型，都是外部的。

你可以给 Weibo 实现 Display。也可以给 Vec<T>实现 Summary。但是不能给Vec<T> 实现 Display。

默认实现

虽说没必要在定义 trait 时实现方法体，但是还是可以给出一个默认实现。（在定义时为其实现，就相当于该方法的默认实现）

pub trait Summary {fn summarize (&self) -> String {String::from("(Read more...)")}
}impl Summary for NewsArticle {} // 用空白块

接下来的内容，我认为中文文档会给人造成较大的误解，因此按照我的思路来。

trait 作为参数类型限制

有的时候我们会遇到这样一种需求，我希望函数接收的参数它有一个特点——实现了 xxx trait。比如我这个函数只接受实现了 Summary 的类型的参数，比如 NewsArticle 和 Weibo。

简单语法 impl trait

这种方式适合简单的例子，比如只有一个参数，它其实是 Trait Bound 的语法糖。

pub fn notify (item: impl Summary) { ... }

notify 这个函数，它接收一个参数 item，item 必须实现了 Summary trait。

Trait Bound 语法

Bound 在这里可以理解为“限制”。

pub fn notify <T: Summary> (item: T) {...}

第三遍看到这里我才反应过来，这不就是函数参数的约束吗？随便拿 typescript 举个例子。

interface User {id: string;username: string;
}
function getUser (user: <T: User>) {...
}

一下子就清晰了，怎么用Rust突然巨抽象。。。其实就是对泛型的类型进行限制嘛。

Trait Bound 语法有什么好处呢？那就是在参数比较多的时候看起来简洁一些。

这是简单语法：

pub fn notify(item1: impl Summary, item2: impl Summary) {...}

这是Trait Bound 语法，是不是简单许多？

pub fn notify<T: Summary>(item1: T, item2: T) {...}

通过 + 指定多个Trait Bound

这个很好理解，有时候我们希望一个类型的更多一些，不只由一个 Trait 限制：

// 简单语法
pub fn notify(item: impl Summary + Display) {...}
// trait bound写法
pub fn notify<T: Summary + Display>(item: T) {...}

再用typescript举个例子，我们希望只有管理员和高级VIP会员才能用这个功能，就可以使用这个东西。

通过 where 简化 Trait Bound

有时候一个函数的类型情况特别复杂，比如下例：

fn some_function<T: Display + Clone, U: Clone + Debug>(t: T, u: U) -> i32 {...}

可以使用 where 从句：

fn some_function<T, U>(t: T, u: U) -> i32
whereT: Display + Clone,U: Clone + Debug
{...}

对函数返回值的类型添加 trait 限制

之前是函数的入参有trait 限制，返回值也可以由 trait 限制，只有实现了 Summary 的类型才能作为返回值。

fn returns_summarizable() -> impl Summary {Weibo{username: String::from("horse_ebooks"),content: String::from("of course, as you probably already know, people"),reply: false,retweet: false,}
}

返回一个只是指定了需要实现的 trait 的类型的能力在闭包和迭代器场景十分的有用，第十三章会介绍它们。闭包和迭代器创建只有编译器知道的类型，或者是非常非常长的类型。impl Trait 允许你简单的指定函数返回一个 Iterator 而无需写出实际的冗长的类型。

要极其注意的是：只适用于返回单一类型的情况。例如，这段代码的返回值类型指定为返回 impl Summary，但是返回了 NewsArticle 或 Weibo 就行不通：

fn returns_summarizable(switch: bool) -> impl Summary {if switch {NewsArticle {headline: String::from("Penguins win the Stanley Cup Championship!"),location: String::from("Pittsburgh, PA, USA"),author: String::from("Iceburgh"),content: String::from("The Pittsburgh Penguins once again are the besthockey team in the NHL."),}} else {Weibo{username: String::from("horse_ebooks"),content: String::from("of course, as you probably already know, people"),reply: false,retweet: false,}}
}

这里尝试返回 NewsArticle 或 Tweet。这不能编译，因为 impl Trait 工作方式的限制。第十七章的 “为使用不同类型的值而设计的 trait 对象” 部分会介绍如何编写这样一个函数。

使用 trait bounds 来修复 largest 函数

对于标量的修复方法

还记得示例 10-5 吗？让我们修复一下使用泛型的 largest 函数，目前这个函数是无法通过编译的。

fn largest<T> (list: &[T]) -> T {let mut largest = list[0];for &item in list.iter() {if item > largest {largest = item;}}largest
}fn main() {let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];let result = largest(&number_list);println!("The largest number is {}", result);let char_list = vec!['y', 'm', 'a', 'q'];let result = largest(&char_list);println!("The largest char is {}", result);
}

看一下报错信息：

binary operation `>` cannot be applied to type `T`

我们在这里想要比较两个 T 类型的值的大小，但是众所周知，一般只有基础类型才能直接比大小。事实上，在底层实现 > 运算符的是标准库中 trait std::cmp::PartialOrd 的一个默认方法。因此，只要给 T 加上 partialOrd 的限制即可。partialOrd 为 preclude。

这里再加强一下理解，上面的内容可能比较抽象。bound 这个词在Rust 的语境中不翻译为边界，翻译为限制，trait bound 意为 trait 限制，trait 直译为特质、特征，与其他语言中的接口 interface 等价，类型的 trait bound 理解为，为类型添加限制——该类型必须实现了该trait 中的某些功能。

因此只需要稍微改动一下第一行代码：

fn largest<T: PartialOrd> (list: &[T]) -> T {

但是又出现了新的错误：let mut largest = list[0]; 提示 cannot move out of type [T], a non-copy slice。这里的list是切片类型，是引用类型，没有所有权，但是list[0]，是 T 类型，之前讲到，如果一个没有实现 Copy trait的类型，发生赋值操作，会发生移动，所有权会转让，从而使 list[0] 失效。编译器认为这里的类型有可能没有实现 Copy trait，因此不允许进行移动。所以，我们只需要再添加 trait bound Copy即可。

fn largest<T: PartialOrd + Copy> (list: &[T]) -> T {

对于复合变量的修复方法

这也是因为我们事先知道，此处的容器元素类型为已实现了Copy trait的 i32、char 等标量数据类型，如果为复合数据类型，比如String，还需要再改进。我们可以指定 trait bound 为 Clone 而不是Copy。并克隆 slice 的每一个值使得 largest 函数拥有其所有权。使用 clone 函数意味着对于类似 String 这样拥有堆上数据的类型，会潜在的分配更多堆上空间，而堆分配在涉及大量数据时可能会相当缓慢。

String 类型版本如下：

fn largest<T: PartialOrd + Clone> (list: &[T]) -> T {let mut largest = list[0].clone(); // 这里使用 clonefor item in list.iter() { // 这里相当于发生了list.iter移动到了item，不允许，因此定义item为引用if item > &largest { // item 为引用类型，largest为实体类型，要给largest加引用largest = item.clone();}}largest
}

究极修复方法

fn largest<T: PartialOrd + Clone> (list: &[T]) -> &T { // 令返回值为引用let mut largest = &list[0];for item in list.iter() {if item > largest {largest = item;}}largest
}

trait 作为impl参数类型限制

之前学过，可以为结构体等使用 impl 关键字实现方法。其实在用 impl 实现的时候，也可以使用 trait 添加限制条件。

比如在下面的例子中

为所有 Pair 类型添加new方法
只为 Pair 中存放的实现了 Display + PartialOrd 的数据类型添加 cmp_display 方法。

use std::fmt::Display;struct Pair<T> {x: T,y: T,
}impl<T> Pair<T> {fn new(x: T, y: T) -> Self {Self {x,y,}}
}impl<T: Display + PartialOrd> Pair<T> {fn cmp_display(&self) {if self.x >= self.y {println!("The largest member is x = {}", self.x);} else {println!("The largest member is y = {}", self.y);}}
}

对任何满足特定 trait bound 的类型实现 trait 被称为 blanket implementations，他们被广泛的用于 Rust 标准库中。例如，标准库为任何实现了 Display trait 的类型实现了 ToString trait。这个 impl 块看起来像这样：

impl<T: Display> ToString for T {// --snip--
}

因为标准库有了这些 blanket implementation，我们可以对任何实现了 Display trait 的类型调用由 ToString 定义的 to_string 方法。例如，可以将整型转换为对应的 String 值，因为整型实现了 Display：

let s = 3.to_string();

blanket implementation 会出现在 trait 文档的 “Implementers” 部分。

trait 和 trait bound 让我们使用泛型类型参数来减少重复，并仍然能够向编译器明确指定泛型类型需要拥有哪些行为。因为我们向编译器提供了 trait bound 信息，它就可以检查代码中所用到的具体类型是否提供了正确的行为。在动态类型语言中，如果我们尝试调用一个类型并没有实现的方法，会在运行时出现错误。Rust 将这些错误移动到了编译时，甚至在代码能够运行之前就强迫我们修复错误。另外，我们也无需编写运行时检查行为的代码，因为在编译时就已经检查过了，这样相比其他那些不愿放弃泛型灵活性的语言有更好的性能。

这里还有一种泛型，我们一直在使用它甚至都没有察觉它的存在，这就是 生命周期（lifetimes）。不同于其他泛型帮助我们确保类型拥有期望的行为，生命周期则有助于确保引用在我们需要他们的时候一直有效。让我们学习生命周期是如何做到这些的。

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