1. 泛型
声明一个泛型:
fn largest<T>(list: &[T]) -> T {
如果想要泛型具有某些属性或方法，则需要限制其特征，例如让泛型允许相加的特征：
fn add<T: std::ops::Add<Output = T>>(a:T, b:T) -> T {
a + b
}
结构体中的泛型
结构体中的字段类型也可以用泛型来定义，下面代码定义了一个坐标点 Point，它可以存放任何类型的坐标值：
struct Point<T> {
x: T,
y: T,
}
fn main() {
let integer = Point { x: 5, y: 10 };
let float = Point { x: 1.0, y: 4.0 };
}
枚举中的泛型
最常见的就是Option了：
enum Option<T> {
Some(T),
None,
}
方法中的泛型
方法上也可以使用泛型：
struct Point<T> {
x: T,
y: T,
}
impl<T> Point<T> {
fn x(&self) -> &T {
&self.x
}
fn mixup<V>(self, other: Point<V>) -> Point<V> {
Point {
x: self.x,
y: other.y,
}
}
}
fn main() {
let p = Point { x: 5, y: 10 };
println!("p.x = {}", p.x());
}
使用泛型参数前，依然需要提前声明：impl
为具体的泛型单独实现方法
例如你想到对泛型使用f32的方法提供单独的实现，可以这样进行定义：
impl Point<f32> {
fn distance_from_origin(&self) -> f32 {
(self.x.powi(2) + self.y.powi(2)).sqrt()
}
}
这段代码意味着 Point
这样我们就能针对特定的泛型类型实现某个特定的方法，对于其它泛型类型则没有定义该方法。
const泛型
在旧版本的 Rust 中，如果需要以数组为参数，要么使用引用：
fn display_array(arr: &[i32]) {
println!("{:?}", arr);
}
要么使用带有长度的数组：
fn display_array(arr: [i32; 3]) {
println!("{:?}", arr);
}
对于数组的类型，不同的长度是完全不同的类型，例如 [i32; 2] 和 [i32; 3] 是不同的数组类型，将 [i32; 2] 的数组
传入上方函数将会报错。
而在旧版本，对于数组的长度是无法抽象成一个泛型或其它东西的，因此旧版本一些标准库数组的长度被限定在了 32。
在新版本中，可以使用 const 泛型来处理数组长度问题：
fn display_array<T: std::fmt::Debug, const N: usize>(arr: [T; N]) {
println!("{:?}", arr);
}
fn main() {
let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
display_array(arr);
let arr: [i32; 2] = [1, 2];
display_array(arr);
}
2. 特征 Trait
特征，类似与 Java 中的接口，只用来定义一组行为，而不提供具体实现。
定义一个特征：
pub trait Summary {
fn summarize(&self) -> String;
}
这里使用 trait 关键字来声明一个特征，Summary 是特征名。在大括号中定义了该特征的所有方法，在这个例子中是： fn summarize(&self) -> String。
由于特征不关心具体实现，因此直接使用了 ; 进行结尾。
为类型实现特征
为 Post 和 Weibo 实现 Summary 特征：
pub trait Summary {
fn summarize(&self) -> String;
}
pub struct Post {
pub title: String, // 标题
pub author: String, // 作者
pub content: String, // 内容
}
impl Summary for Post {
fn summarize(&self) -> String {
format!("文章{}, 作者是{}", self.title, self.author)
}
}
pub struct Weibo {
pub username: String,
pub content: String
}
impl Summary for Weibo {
fn summarize(&self) -> String {
format!("{}发表了微博{}", self.username, self.content)
}
}
具体语法: impl Trait for TypeName。
在实现后，就可以在这个类型上调用特征的方法：
fn main() {
let post = Post{title: "Rust语言简介".to_string(),author: "Sunface".to_string(), content: "Rust棒极了!".to_string()};
let weibo = Weibo{username: "sunface".to_string(),content: "好像微博没Tweet好用".to_string()};
println!("{}",post.summarize());
println!("{}",weibo.summarize());
}
默认实现
你可以在特征中定义具有默认实现的方法，这样其它类型无需再实现该方法，或者也可以选择重载该方法：
pub trait Summary {
fn summarize(&self) -> String {
String::from("(Read more...)")
}
}
使用特征作为函数参数
定义一个函数，使用特征作为函数参数：
pub fn notify(item: &impl Summary) {
println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}
需要再特征名称前面加上一个impl，可以使用任何实现了 `Summary`` 特征的类型作为该函数的参数。
特征约束 (trait bound)
虽然 impl Trait 这种语法非常好理解，但是实际上它只是一个语法糖，真正的写法如下：
pub fn notify<T: Summary>(item: &T) {
println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}
大部分情况下这个语法糖是足够使用的，但是如果存在如下情况：
pub fn notify(item1: &impl Summary, item2: &impl Summary) {}
如果要求 item1 和 item2 都必须是同一类型，则使用 impl 就不行了，此时需要使用特征约束来实现：
pub fn notify<T: Summary>(item1: &T, item2: &T) {}
多重约束
除了单个约束条件，我们还可以指定多个约束条件，例如除了让参数实现 Summary 特征外，还可以让参数实现 Display 特征以控制它的格式化输出：
pub fn notify(item: &(impl Summary + Display)) {}
pub fn notify<T: Summary + Display>(item: &T) {}
where 约束
当特征约束变得很多时，函数的签名将变得很复杂：
fn some_function<T: Display + Clone, U: Clone + Debug>(t: &T, u: &U) -> i32 {}
通过 where 可以对其进行简化：
fn some_function<T, U>(t: &T, u: &U) -> i32
where T: Display + Clone,
U: Clone + Debug
{}
使用特征约束有条件地实现方法或特征
特征约束，可以让我们在指定类型 + 指定特征的条件下去实现方法，例如：
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);
}
}
}
cmp_display 方法，并不是所有的 Pair<T> 结构体对象都可以拥有，只有 T 同时实现了 Display + PartialOrd 的 Pair<T> 才可以拥有此方法。
也可以有条件地实现特征, 例如，标准库为任何实现了 Display 特征的类型实现了 ToString 特征：
impl<T: Display> ToString for T {
// --snip--
}
我们可以对任何实现了 Display 特征的类型调用由 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();
函数返回中的 impl Trait
可以通过 impl Trait 来说明一个函数返回了一个类型，该类型实现了某个特征：
fn returns_summarizable() -> impl Summary {
Weibo {
username: String::from("sunface"),
content: String::from(
"m1 max太厉害了，电脑再也不会卡",
)
}
}
因为 Weibo 实现了 Summary，因此这里可以用它来作为返回值。要注意的是，虽然我们知道这里是一个 Weibo 类型，但是对于 returns_summarizable 的调用者而言，他只知道返回了一个实现了 Summary 特征的对象，但是并不知道返回了一个 Weibo 类型。
但是这种返回值方式有一个很大的限制：只能有一个具体的类型，例如：
fn returns_summarizable(switch: bool) -> impl Summary {
if switch {
Post {
title: String::from(
"Penguins win the Stanley Cup Championship!",
),
author: String::from("Iceburgh"),
content: String::from(
"The Pittsburgh Penguins once again are the best \
hockey team in the NHL.",
),
}
} else {
Weibo {
username: String::from("horse_ebooks"),
content: String::from(
"of course, as you probably already know, people",
),
}
}
}
以上的代码就无法通过编译，因为它返回了两个不同的类型 Post 和 Weibo。如果需要实现这个功能，则需要用到特征对象。
3. 特征对象
使用 dyn 即可表示一个参数为特征对象：
trait Draw {
fn draw(&self) -> String;
}
impl Draw for u8 {
fn draw(&self) -> String {
format!("u8: {}", *self)
}
}
impl Draw for f64 {
fn draw(&self) -> String {
format!("f64: {}", *self)
}
}
// 若 T 实现了 Draw 特征， 则调用该函数时传入的 Box<T> 可以被隐式转换成函数参数签名中的 Box<dyn Draw>
fn draw1(x: Box<dyn Draw>) {
// 由于实现了 Deref 特征，Box 智能指针会自动解引用为它所包裹的值，然后调用该值对应的类型上定义的 `draw` 方法
x.draw();
}
fn draw2(x: &dyn Draw) {
x.draw();
}
fn main() {
let x = 1.1f64;
// do_something(&x);
let y = 8u8;
// x 和 y 的类型 T 都实现了 `Draw` 特征，因为 Box<T> 可以在函数调用时隐式地被转换为特征对象 Box<dyn Draw>
// 基于 x 的值创建一个 Box<f64> 类型的智能指针，指针指向的数据被放置在了堆上
draw1(Box::new(x));
// 基于 y 的值创建一个 Box<u8> 类型的智能指针
draw1(Box::new(y));
draw2(&x);
draw2(&y);
}
特征对象，需要在运行时从 vtable 动态查找需要调用的方法，性能相对于泛型 + 特征约束较差。
dyn 不能单独作为特征对象的定义，例如下面的代码编译器会报错，原因是特征对象可以是任意实现了某个特征的类型，编译器在编译期不知道该类型的大小，不同的类型大小是不同的。
fn draw2(x: dyn Draw) {
x.draw();
}
10 | fn draw2(x: dyn Draw) {
| ^ doesn't have a size known at compile-time
|
= help: the trait `Sized` is not implemented for `(dyn Draw + 'static)`
help: function arguments must have a statically known size, borrowed types always have a known size
特征对象的动态分发
泛型是在编译期完成处理的：编译器会为每一个泛型参数对应的具体类型生成一份代码，这种方式是**静态分发(static dispatch)**，因为是在编译期完成的，对于运行期性能完全没有任何影响。
与静态分发相对应的是**动态分发(dynamic dispatch)**，在这种情况下，直到运行时，才能确定需要调用什么方法。之前代码中的关键字 dyn 正是在强调这一“动态”的特点。
当使用特征对象时，Rust 必须使用动态分发。编译器无法知晓所有可能用于特征对象代码的类型，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 在运行时使用特征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。
特征对象的限制
不是所有特征都能拥有特征对象，只有对象安全的特征才行。当一个特征的所有方法都有如下属性时，它的对象才是安全的：
- 方法的返回类型不能是 Self
- 方法没有任何泛型参数
标准库中的 Clone 特征就不符合对象安全的要求：
pub trait Clone {
fn clone(&self) -> Self;
}
因为它的其中一个方法，返回了 Self 类型，因此它是对象不安全的。
3. 其它
关联类型
关联类型是在特征定义的语句块中，申明一个自定义类型，这样就可以在特征的方法签名中使用该类型：
pub trait Iterator {
type Item;
fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
}
以上是标准库中的迭代器特征 Iterator，它有一个 Item 关联类型，用于替代遍历的值的类型。
同时，next 方法也返回了一个 Item 类型，不过使用 Option 枚举进行了包裹，假如迭代器中的值是 i32 类型，那么调用 next 方法就将获取一个 Option
关联类型总是可以用泛型来替代实现，但反之则不一定，那么关联类型有什么用呢？
例如使用泛型会得到如下代码：
trait Container<A,B> {
fn contains(&self,a: A,b: B) -> bool;
}
fn difference<A,B,C>(container: &C) -> i32
where
C : Container<A,B> {...}
可以看到，由于使用了泛型，导致函数头部也必须增加泛型的声明，导致结构比较臃肿，而使用关联类型，将得到可读性好得多的代码：
trait Container{
type A;
type B;
fn contains(&self, a: &Self::A, b: &Self::B) -> bool;
}
fn difference<C: Container>(container: &C) {}
fn difference<C: Container<A = i32, B = i32>>(container: &C) {
container.contains(&1, &2);
}
默认泛型类型参数
当使用泛型类型参数时，可以为其指定一个默认的具体类型，例如标准库中的 std::ops::Add 特征：
trait Add<RHS=Self> {
type Output;
fn add(self, rhs: RHS) -> Self::Output;
}
它有一个泛型参数 RHS，但是与我们以往的用法不同，这里它给 RHS 一个默认值，也就是当用户不指定 RHS 时，默认使用两个同样类型的值进行相加，然后返回一个关联类型 Output。
use std::ops::Add;
#[derive(Debug, PartialEq)]
struct Point {
x: i32,
y: i32,
}
impl Add for Point {
type Output = Point;
fn add(self, other: Point) -> Point {
Point {
x: self.x + other.x,
y: self.y + other.y,
}
}
}
fn main() {
assert_eq!(Point { x: 1, y: 0 } + Point { x: 2, y: 3 },
Point { x: 3, y: 3 });
}
上面的代码主要干了一件事，就是为 Point 结构体提供 + 的能力，这就是运算符重载，不过 Rust 并不支持创建自定义运算符，你也无法为所有运算符进行重载，目前来说，只有定义在 std::ops 中的运算符才能进行重载。
调用同名的方法
不同特征拥有同名的方法是很正常的事情，你没有任何办法阻止这一点；甚至除了特征上的同名方法外，在你的类型上，也有同名方法：
trait Pilot {
fn fly(&self);
}
trait Wizard {
fn fly(&self);
}
struct Human;
impl Pilot for Human {
fn fly(&self) {
println!("This is your captain speaking.");
}
}
impl Wizard for Human {
fn fly(&self) {
println!("Up!");
}
}
impl Human {
fn fly(&self) {
println!("*waving arms furiously*");
}
}
优先调用类型上的方法
当调用 Human 实例的 fly 时，编译器默认调用该类型中定义的方法：
fn main() {
let person = Human;
person.fly();
}
这段代码会打印 waving arms furiously，说明直接调用了类型上定义的方法。
调用特征上的方法
为了能够调用两个特征的方法，需要使用显式调用的语法：
fn main() {
let person = Human;
Pilot::fly(&person); // 调用Pilot特征上的方法
Wizard::fly(&person); // 调用Wizard特征上的方法
person.fly(); // 调用Human类型自身的方法
}
运行后依次输出：
This is your captain speaking.
Up!
*waving arms furiously*
但如果方法没有self参数，情况又会变得不一样：
trait Animal {
fn baby_name() -> String;
}
struct Dog;
impl Dog {
fn baby_name() -> String {
String::from("Spot")
}
}
impl Animal for Dog {
fn baby_name() -> String {
String::from("puppy")
}
}
fn main() {
// Spot
println!("A baby dog is called a {}", Dog::baby_name());
}
如果需要调用Animal特征上的方法，则需要使用完全限定语法：
<Type as Trait>::function(receiver_if_method, next_arg, ...);
上面定义中，第一个参数是方法接收器 receiver （三种 self），只有方法才拥有，例如关联函数就没有 receiver。
fn main() {
println!("A baby dog is called a {}", <Dog as Animal>::baby_name());
}
完全限定语法可以用于任何函数或方法调用，但大部分时候是用不上的。
特征定义中的特征约束
有时，我们会需要让某个特征 A 能使用另一个特征 B 的功能(另一种形式的特征约束)，类似于Java中一个A接口继承了另外一个接口B，在实现时需要实现两个接口，而且在A中，可以使用B接口的方法。
例如有一个特征 OutlinePrint，它有一个方法，能够对当前的实现类型进行格式化输出：
use std::fmt::Display;
trait OutlinePrint: Display {
fn outline_print(&self) {
let output = self.to_string();
let len = output.len();
println!("{}", "*".repeat(len + 4));
println!("*{}*", " ".repeat(len + 2));
println!("* {} *", output);
println!("*{}*", " ".repeat(len + 2));
println!("{}", "*".repeat(len + 4));
}
}
其中self的to_string方法是由Display特征提供的。
在外部类型上实现外部特征(newtype)
特征存在一个孤儿规则，就是特征或者类型必需至少有一个是本地的，才能在此类型上定义特征。
但有一个办法来绕过孤儿规则，那就是使用 newtype 模式，简而言之：就是为一个元组结构体创建新类型。该元组结构体封装有一个字段，该字段就是希望实现特征的具体类型。
newtype 不仅仅能实现以上的功能，而且它在运行时没有任何性能损耗，因为在编译期，该类型会被自动忽略。
use std::fmt;
struct Wrapper(Vec<String>);
impl fmt::Display for Wrapper {
fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
write!(f, "[{}]", self.0.join(", "))
}
}
fn main() {
let w = Wrapper(vec![String::from("hello"), String::from("world")]);
println!("w = {}", w);
}
上面的例子中，任何数组上的方法，都无法直接调用，需要先用 self.0 取出数组，然后再进行调用。
但是 Rust 提供了一个特征叫 Deref，实现该特征后，可以自动做一层类似类型转换的操作，可以将 Wrapper 变成 Vec<String> 来使用。这样就会像直接使用数组那样去使用 Wrapper，而无需为每一个操作都添加上 self.0。