【Rust练习】18.特征 Trait

题目来自：https://practice-zh.course.rs/generics-traits/trait-object.html

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trait Bird {
    fn quack(&self) -> String;
}

struct Duck;
impl Duck {
    fn swim(&self) {
        println!("Look, the duck is swimming")
    }
}
struct Swan;
impl Swan {
    fn fly(&self) {
        println!("Look, the duck.. oh sorry, the swan is flying")
    }
}

impl Bird for Duck {
    fn quack(&self) -> String{
        "duck duck".to_string()
    }
}

impl Bird for Swan {
    fn quack(&self) -> String{
        "swan swan".to_string()
    }
}

fn main() {
    // 填空
    let duck = __;
    duck.swim();

    let bird = hatch_a_bird(2);
    // 变成鸟儿后，它忘记了如何游，因此以下代码会报错
    // bird.swim();
    // 但它依然可以叫唤
    assert_eq!(bird.quack(), "duck duck");

    let bird = hatch_a_bird(1);
    // 这只鸟儿忘了如何飞翔，因此以下代码会报错
    // bird.fly();
    // 但它也可以叫唤
    assert_eq!(bird.quack(), "swan swan");

    println!("Success!")
}   

// 实现以下函数
fn hatch_a_bird...

一个答案示例：

fn main() {
    // 填空
    let duck = Duck;
    duck.swim();

    let bird = hatch_a_bird(2);
    // 变成鸟儿后，它忘记了如何游，因此以下代码会报错
    // bird.swim();
    // 但它依然可以叫唤
    assert_eq!(bird.quack(), "duck duck");

    let bird = hatch_a_bird(1);
    // 这只鸟儿忘了如何飞翔，因此以下代码会报错
    // bird.fly();
    // 但它也可以叫唤
    assert_eq!(bird.quack(), "swan swan");

    println!("Success!")
}   

// 实现以下函数
fn hatch_a_bird(num: i32) -> Box<dyn Bird>{
    match num {
        2 => Box::new(Duck),
        _ => Box::new(Swan)
    }
}

Box类似于C++的智能指针，当然，Rust没有提供传统指针（至少我还没学到），而dyn有点虚类的味道了，都是运行时语法。不过这里不能使用引用，因为没有被引用的主体。

2

trait Bird {
    fn quack(&self);
}

struct Duck;
impl Duck {
    fn fly(&self) {
        println!("Look, the duck is flying")
    }
}
struct Swan;
impl Swan {
    fn fly(&self) {
        println!("Look, the duck.. oh sorry, the swan is flying")
    }
}

impl Bird for Duck {
    fn quack(&self) {
        println!("{}", "duck duck");
    }
}

impl Bird for Swan {
    fn quack(&self) {
        println!("{}", "swan swan");
    }
}

fn main() {
    // 填空
    let birds __;

    for bird in birds {
        bird.quack();
        // 当 duck 和 swan 变成 bird 后，它们都忘了如何翱翔于天际，只记得该怎么叫唤了。。
        // 因此，以下代码会报错
        // bird.fly();
    }
}

这里的比喻很生动形象了，在没有声明vec的元素类型的情况下，vec只会按第一个推导；声明了vec是特征，那子类的各种自己的方法就用不了了。C++也是一样。

fn main() {
    // 填空
    let birds: Vec<Box<dyn Bird>> = vec![Box::new(Duck), Box::new(Swan)];

    for bird in birds {
        bird.quack();
        // 当 duck 和 swan 变成 bird 后，它们都忘了如何翱翔于天际，只记得该怎么叫唤了。。
        // 因此，以下代码会报错
        // bird.fly();
    }
}

3

// 填空
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)
    }
}

fn main() {
    let x = 1.1f64;
    let y = 8u8;

    // draw x
    draw_with_box(__);

    // draw y
    draw_with_ref(&y);

    println!("Success!")
}

fn draw_with_box(x: Box<dyn Draw>) {
    x.draw();
}

fn draw_with_ref(x: __) {
    x.draw();
}

答案：

fn main() {
    let x = 1.1f64;
    let y = 8u8;

    // draw x
    draw_with_box(Box::new(x));

    // draw y
    draw_with_ref(&y);

    println!("Success!")
}

fn draw_with_box(x: Box<dyn Draw>) {
    x.draw();
}

fn draw_with_ref(x: &dyn Draw) {
    x.draw();
}

4

trait Foo {
    fn method(&self) -> String;
}

impl Foo for u8 {
    fn method(&self) -> String { format!("u8: {}", *self) }
}

impl Foo for String {
    fn method(&self) -> String { format!("string: {}", *self) }
}

// 通过泛型实现以下函数
fn static_dispatch...

// 通过特征对象实现以下函数
fn dynamic_dispatch...

fn main() {
    let x = 5u8;
    let y = "Hello".to_string();

    static_dispatch(x);
    dynamic_dispatch(&y);

    println!("Success!")
}

答案

// 通过泛型实现以下函数
fn static_dispatch<T: Foo>(t: T) -> String{
    t.method()
}

// 通过特征对象实现以下函数
fn dynamic_dispatch(f: &dyn Foo) -> String{
    f.method()
}

对于C++来说，静态多态一般指的是重载，一旦涉及父类子类调用，就是动态多态的部分了，指针和引用都是一样的。

5

// 使用至少两种方法让代码工作
// 不要添加/删除任何代码行
trait MyTrait {
    fn f(&self) -> Self;
}

impl MyTrait for u32 {
    fn f(&self) -> Self { 42 }
}

impl MyTrait for String {
    fn f(&self) -> Self { self.clone() }
}

fn my_function(x: Box<dyn MyTrait>)  {
    x.f()
}

fn main() {
    my_function(Box::new(13_u32));
    my_function(Box::new(String::from("abc")));

    println!("Success!")
}

特征安全需要方法不能返回Self，所以第一种改法就是将所有的返回值改成Box包裹动态类型：

trait MyTrait {
    fn f(&self) -> Box<dyn MyTrait>;
}

impl MyTrait for u32 {
    fn f(&self) -> Box<dyn MyTrait> { Box::new(42) }
}

impl MyTrait for String {
    fn f(&self) -> Box<dyn MyTrait> { Box::new(self.clone()) }
}

fn my_function(x: Box<dyn MyTrait>) -> Box<dyn MyTrait>{
    x.f()
}

fn main() {
    my_function(Box::new(13_u32));
    my_function(Box::new(String::from("abc")));

    println!("Success!")
}

第二种和第一种类似，只不过是把所有Box改成了动态引用

trait MyTrait {
    fn f(&self) -> &dyn MyTrait;
}

impl MyTrait for u32 {
    fn f(&self) -> &dyn MyTrait { &42 }
}

impl MyTrait for String {
    fn f(&self) -> &dyn MyTrait { self }
}

fn my_function(x: &dyn MyTrait) -> &dyn MyTrait{
    x.f()
}

fn main() {
    my_function(&13_u32);
    my_function(&String::from("abc"));

    println!("Success!")
}

你要是问我性能差别，我只能说两种都是栈上指针，堆上数据，性能应该没啥差别