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rust学习十一.1、泛型(通用类型)

时间：2024-11-21 15:45:53浏览次数：1  
标签：十一 通用 list 类型 let largest 泛型 rust

这是和大部分的语言差不多的一个概念，只不过实现上有一些区别而已。

所以，如果学过java,c#,c++，那么这应该很好理解。

虽然如此，还是有不少内容需要记录，只不过内容有一点小多。

注意：这是入门级别内容，只能涉及到一些基本的方面。

一、定义

英文 Generic /generics, 中文翻译为通用类型/泛型， 和java等语言是差不多的一个概念。

注意：实际指的是对象（这里引用了java等oop的概念）的属性和方法可以接收通用类型，不是指对象本身是通用的。只不过

通过对属性和方法的通用化，实现某种程度的对象通用。

 

通用类型的引入产生了巨大的方便

在么有通用类型的情况下，一个带有一个参数的函数/方法只能适用于一种类型，如果类似的函数有多个，那么必然照成了一定的工作量。

所以，通用类型的存在就是为了让一个对象（属性和其中方法）、方法可以适用于多种类型。 具体实现方式见后文。

如果您学过其它语言，这个就非常容易理解了。

 

二、实现通用类型

和java类似，rust可以在对象（struct,enum等）和方法中使用通用类型符号。

本文的例子基本来源于相关书籍。

以下那么的例子，其实归结起来就是两个：方法中使用通用类型、变量/属性中使用通用类型。

2.1 函数中使用通用类型

特别注意

rust自己把其它语言中的函数、方法做了区分

  • 函数(function)  -  不属于结构、枚举的功能体
fn this_is_function()->i32{
   10;
}

fn main(){
  this_is_function();
}

 

      大体上可以这么理解。

  • 方法（method）-属于结构、媒体的功能体
#[derive(Debug)]
struct Cube{
    length: u32,
    width: u32,
    height: u32,
}
impl Cube{
    fn volume(&self) -> u32{
        return self.length * self.width * self.height;
    }
    fn is_bigger_than(&self, other: &Cube) -> bool{
        return self.volume() > other.volume();
    }
}

 

虽然二者的语法一致，包括关键字等，但是核心的区别是：函数不属于某个对象（结构、枚举等），只会属于某个模块。

 

这个例子，对于从来没有接触过通用类型的工程师而言，非常有用，因为它说清楚了使用了通用类型的函数和一般函数的区别。

这是典型的：口水说干了，不如一个例子

例_2.1

 fn largest_i32(list: &[i32]) -> &i32 {
    let mut largest = &list[0];
    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }
    largest
}

fn largest_char(list: &[char]) -> &char {
    let mut largest = &list[0];
    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }
    largest
}

//使用上通用类型后的取最大值函数，这里只要一个即可
//如果没有对T进行限定，会报告异常: binary operation `>` cannot be applied to type `&T`
//所以必须使用 T: xxxx的方式进行限定
fn largest<T: std::cmp::PartialOrd>(list: &[T]) -> &T {
    let mut largest = &list[0];
    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }
    largest
}

fn main() {
    let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];
    let char_list = vec!['y', 'm', 'a', 'q'];

    let result = largest_i32(&number_list);
    println!("最大数值 of {:?} is {result}", number_list);
    let result = largest_char(&char_list);
    println!("最大字符 of {:?} is {result}", char_list);

    println!("使用带通用类型参数的函数来计算最大值");
    let result = largest(&number_list);
    println!("最大数值 of {:?} is {result}", number_list);
    let result = largest(&char_list);
    println!("最大字符 of {:?} is {result}", char_list);
}

 在上例中，函数largest利用通用类型T实现了整数取最大、字符取最大的功能。

如果有返回值，且返回类型也是通用类型，则必须在方法名后带上<T>之类的，这一点和java等类似

2.2 结构体中使用通用类型

道理同2.1，稍微列举下。

#[derive(Debug)]
struct Family<数字,字符>{
    qty:数字,
    name:字符
}

fn main() {
    let family = Family{
        qty: 10,
        name: "A".to_string(),
    };
    println!("{:#?}", family);

    let mf= Family{
        qty:"10个",
        name:"爸爸，妈妈，儿子，女儿"
    };
    println!("{:#?}", mf);
}

 

如果有结构方法，且 impl后的结构有带上通用类型符号，则必须在impl后直接带上<A,B,C...>之类的，同结构体自身一样

impl<数字,String>  Family<数字,String> {
    fn double(&self){
        &self.qty;
    }
}

也就是说如果Family有限定类型，则impl后必须带上一样的<T,U...>

 

如果Family不用通用类型符号，则impl也不必带

impl  Family<i32,String> {
    fn get(&self){
        &self.qty;
    }
}

 

2.3 枚举中使用通用类型

道理同2.1，稍微列举下。

#[derive(Debug)]
enum Position<A,B,C>{
    普通成员(A),
    组长(B),
    经理(C),
    总监(C),
    老板(A,B,C)
}

fn main() {
    //如果你只使用部分通用类型符号，那么必须使用":xxx"语法来列明其它通用符号的类型
    //这种情况应该是使用于其它情况下
    let p:Position<i32, i32, i32> = Position::普通成员(10); //如果直接定义为 let p=Position::普通成员(10);会报错 type annotations needed for `Position<i32, _, _>` 
    println!("{:?}",p);
    let boss=Position::老板("lml",2045,[10,20,30,80,90,95,99,100]);
    println!("{:?}",boss);
}

 

这里需要注意是：如果实例变量只是使用部分通用类型符号，那么必须使用":xxx"语法来列明其它通用符号的类型。

否则会报告类似这样的错误： type annotations needed for `Position<i32, _, _>`

这是因为rust必须在编译期间确定具体类型。

 

枚举定义方法，如果不用通用类型，如下，否则同结构。

impl Position<i32, i32, i32> {
    fn get_position(&self)->i32{
        match self {
            Position::普通成员(a) => *a,
            Position::组长(a) => *a,
            Position::经理(a) => *a,
            Position::总监(a) => *a,
            _ => 100
        }
    }
}

 

2.4 其它类型中使用通用类型

除了广泛使用的结构、枚举类型，rust的其它类型也可以使用通用类型。

只不过，这些类型通常需要作为结构枚举等复杂类型（对象）的属性成员，才可以使用这些通用类型符号。

struct Box<A,B,C>{
    names:(A,B,C),
    scores:HashMap<B,C>,
    days:[C;5],
    tools:Vec<A>
}

 

它们自己单独定义是没有的，例如不能定义 let name:Vec<T>=Vec<i32>::new();

三、限定类型范围

在例子2.1中，函数largest的，必须定义为：

largest<T:std::cmp::PartialOrd>(list: &[T]) -> &T 这是为了限定T的类型范围，否则会报告异常，具体什么异常，需要看情况而定。   这个例子告诉我们：rust也面临其它语言一样的问题，这个问题就是在某些场合需要限定通用类型的类型范围，因为有的行为不适合于所有类型。   在本文中，限定类型范围的方式只有这个。 但实际上，rust有多种方式，后续会补充完善！

四、在运行时判断通用类型的实际类型

rust好像不支持这个。

rust是静态类型语言，这意味着它在编译的时候，就需要确定变量实例的类型。

而这也意味着，它不怎么需要在运行时候：动态判定一个变量实例的具体的类型。

如果它那么做，可能会违法它的核心理念：安全之上。

 

说到这个问题，不得不提到java。

java虽然是名义上的静态类型语言，但是由于java的特殊性（一切都是类），它有办法通过为对象设置属性来判断一个实例的类型。

java可以利用instaneof来判断。

rust没有这种机制,至少学到这里是没有的！

然而rust也有变通的方式改变这个，此处不论！

五、编译与性能

这个比较有意思。

在入门级的书籍中，我们就能了解到这个事实：

  1. 泛型并不会使程序比具体类型运行得慢
  2. Rust 通过在编译时进行泛型代码的 单态化（monomorphization）来保证效率。单态化是一个通过填充编译时使用的具体类型，将通用代码转换为特定代码的过程

monomorphization这是rust人制造的一个词汇，大体由mono(单声道)+morph(变化)+zation(化,使得...成立)构成，表面意思是:单声道变化

只有结合例子才知道，其实就是中文"具体化"的意思：针对适配的具体类型，逐个编译，使得每一种情况都被考虑到。

这种过程很类似设计模式中工厂模式-对外公布一个接口，对内则实现各种工厂。

还是结合例子（来自原书籍），再看例_2.1:

fn largest<T: std::cmp::PartialOrd>(list: &[T]) -> &T {
    let mut largest = &list[0];
    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }
    largest
}

 在上例中，如果只有一个通用类型函数，而没有具体的，那么，在编译的时候，会根据相关环境，编译出若干个函数出来（这里是两个)：

 fn largest_i32(list: &[i32]) -> &i32 {
    let mut largest = &list[0];
    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }
    largest
}

fn largest_char(list: &[char]) -> &char {
    let mut largest = &list[0];
    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }
    largest
}

 

当然，大体是这么一个意思。这也是我自己的猜测。

书本上的例子更加直接，是枚举的。

enum Option_i32 {
    Some(i32),
    None,
}

enum Option_f64 {
    Some(f64),
    None,
}

fn main() {
    let integer = Option_i32::Some(5);
    let float = Option_f64::Some(5.0);
}

 

意思就是，根据main的情况，自动反编译出Option的两个具体。

考虑到这种，需求，所以，不难理解为什么rust采用静态实现，为什么不支持动态判断变量实例的类型（待确认）。

六、小结

  1. 通用类型针对的是对象属性，方法/函数参数，不是对象、方法本身。这个基本同java等语言
  2. 可以使用合法的标识符来表示通用类型，不必一定是K,T,V之类的，包括单词，汉语词语等。这个方面和JAVA等语言类似
  3. rust并没有对方法/函数一或者对象可以定义的通用类型进行个数限制
  4. 如果要对函数返回类型使用通用类型，则必须在函数名后跟上诸如<T>这样的字符，这个方式和java的类似。当方法不需要（注意函数和方法的区别）
  5. rust一样存在通用类型的常见问题：要么定义的时候限定通用类型的类型，要么是运行时在方法/函数体中使用类似 instanceof（java）之类的判断泛型的实际类型。rust只能在编码的时候进行限制
  6. 但rust可以使用类似 T:xxxx的方式限定类型范围，或者T:xxxx+****+???+..,,其中xxxx,****,???都是表示特定类型/操作
  7. 截止本章为止，rust并没有?这样的通配符，可以用于通用类型中。java有类似 ? super/extends Grade这样的用法，可用于限定参数类型
  8. rust通过在编译阶段的行为（单态化/具体化）来实现通用。但这种机制是不同于java之类的语言的，虽然它们都是静态类型语言。

注意：由于本文是按照相关书籍顺序编写的，所以很多内容是具有一定局限性的。 例如rust用于限定通用类型范围的方式不是只有一种。后续会补充有关内容。

 

标签：十一,通用,list,类型,let,largest,泛型,rust
From： https://www.cnblogs.com/lzfhope/p/18555390

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