Язык программирования Rust
 Скачать 7.02 Mb.
|
|
В определении структур Также можно определять структуры с использованием обобщённых типов в одном или нескольких полях структуры с помощью синтаксиса <> . Листинг 10-6 показывает как определить структуру Point , чтобы хранить поля координат x и y любого типа данных. Файл: src/main.rs Листинг 10-6: структура Point содержащая поля x и y типа T $ cargo run Compiling chapter10 v0.1.0 (file:///projects/chapter10) error[E0369]: binary operation `>` cannot be applied to type `&T` --> src/main.rs:5:17 | 5 | if item > largest { | ---- ^ ------- &T | | | &T | help: consider restricting type parameter `T` | 1 | fn largest | ++++++++++++++++++++++ For more information about this error, try `rustc --explain E0369`. error: could not compile `chapter10` due to previous error struct Point } fn main () { let integer = Point { x: 5 , y: 10 }; let float = Point { x: 1.0 , y: 4.0 }; } Синтаксис использования обобщённых типов в определении структуры такой же как и в определении функции. Сначала мы объявляем имена параметров внутри треугольных скобок сразу после имени структуры. Затем мы можем использовать обобщённые типы в определении структуры на местах, где ранее мы бы указывали конкретные типы. Так как мы используем только один обобщённый тип данных для определения структуры Point , это определение означает, что структура Point является обобщённой с типом T , и оба поля x и y имеют одинаковый тип, каким бы он типом не являлся. Если мы создадим экземпляр структуры Point со значениями разных типов, как показано в Листинге 10-7, наш код не компилируется. Файл: src/main.rs Листинг 10-7: поля x и y должны быть одного типа, так как они имеют один и тот же обобщённый тип T В этом примере, когда мы присваиваем целочисленное значение 5 переменной x , мы сообщаем компилятору, что обобщённый тип T будет целым числом для этого экземпляра Point . Затем, когда мы указываем значение 4.0 (имеющее тип отличный от целого числа) для y , который мы определили имеющим тот же тип, что и x , мы получим ошибку несоответствия типов: Чтобы определить структуру Point где оба x и y являются обобщёнными, но могут иметь различные типы, можно использовать несколько параметров обобщённого типа. Например, в листинге 10-8 мы можем изменить определение Point , чтобы оно было общим для типов T и U где x имеет тип T а y имеет тип U Файл: src/main.rs struct Point } fn main () { let wont_work = Point { x: 5 , y: 4.0 }; } $ cargo run Compiling chapter10 v0.1.0 (file:///projects/chapter10) error[E0308]: mismatched types --> src/main.rs:7:38 | 7 | let wont_work = Point { x: 5, y: 4.0 }; | ^^^ expected integer, found floating- point number For more information about this error, try `rustc --explain E0308`. error: could not compile `chapter10` due to previous error Листинг 10-8: структура Point обобщена для двух типов, так что x и y могут быть значениями разных типов Теперь разрешены все показанные экземпляры типа Point ! В объявлении можно использовать столько много обобщённых параметров типа, сколько хочется, но использование более чем несколько типов делает код трудно читаемым. Когда вам нужно много обобщённых типов в коде, это может указывать на то, что ваш код нуждается в реструктуризации на более мелкие части. В определениях перечислений Как и в случае со структурами, можно определить перечисления для хранения обобщённых типов в их вариантах. Давайте ещё раз посмотрим на перечисление Option предоставленное стандартной библиотекой, которое мы использовали в Главе 6: Это определение теперь должно иметь больше смысла. Как видите, перечисление Option , которое является обобщённым по типу T и имеет два варианта: Some , который содержит одно значение типа T и вариант None , который не содержит никакого значения. Используя перечисление Option , можно выразить абстрактную концепцию необязательного значения и так как Option является обобщённым, можно использовать эту абстракцию независимо от того, каким будет тип для необязательного значения. Перечисления также могут использовать в определении несколько обобщённых типов. Определение перечисления Result , которое мы использовали в Главе 9, является таким примером: struct Point } fn main () { let both_integer = Point { x: 5 , y: 10 }; let both_float = Point { x: 1.0 , y: 4.0 }; let integer_and_float = Point { x: 5 , y: 4.0 }; } enum Option Some (T), None , } Перечисление Result имеет два обобщённых типа T и E и два варианта: Ok , которое содержит тип T , и Err , которое содержит тип E . Такое определение позволяет использовать перечисление Result везде, где операции могут быть выполнены успешно (возвращая значение типа данных T ) или неуспешно (возвращая значение типа данных E ). Это то что мы делали в коде листинга 9-2, где при открытии файла заполнялись данные типа T , в примере тип std::fs::File или E тип std::io::Error при ошибке, при каких-либо проблемах открытия файла. Когда вы в коде распознаете ситуации с несколькими структурами или определениями перечислений, которые отличаются только типами содержащих значений, вы можете избежать дублирования, используя обобщённые типы. В определении методов Также, как и в Главе 5, можно реализовать методы структур и перечислений с помощью обобщённых типов и их объявлений. Код листинга 10-9 демонстрирует пример добавления метода с названием x в структуру Point , которую мы ранее описали в листинге 10-6. Файл: src/main.rs Листинг 10-9. Реализация метода с именем x у структуры Point , которая будет возвращать ссылку на поле x типа T Здесь мы определили метод с именем x у Point который возвращает ссылку на данные в поле x enum Result Ok (T), Err (E), } struct Point } impl (& self ) -> &T { & self .x } } fn main () { let p = Point { x: 5 , y: 10 }; println! ( "p.x = {}" , p.x()); } Обратите внимание, что нужно объявить T сразу после impl , чтобы можно было использовать его для указания, что мы реализуем методы для типа Point . Объявляя T как обобщённый тип после impl , Rust может определить, что тип в угловых скобках у Point - это обобщённый, а не конкретный тип. Мы могли бы, например, реализовать методы только для экземпляров типа Point вместо остальных экземпляров Point где используется какой-то другой обобщённый тип. В листинге 10-10 мы реализуем код для конкретного типа f32 : здесь мы не объявляем иных блоков impl для других вариантов обобщённого типа после. Файл: src/main.rs Листинг 10-10: блок impl который применяется только к структуре с конкретным типом для параметра обобщённого типа T Этот код означает, что тип Point будет иметь метод с именем distance_from_origin , а другие экземпляры Point где T имеет тип отличный от f32 не будут иметь этого метода. Метод измеряет, насколько далеко наша точка находится от точки с координатами (0,0, 0,0) и использует математические операции, доступные только для типов с плавающей запятой. Обобщённые типы в определении структуры не всегда являются теми же, которые вы используете в сигнатурах методов этой же структуры. Чтобы сделать пример более понятным, в листинге 10-11 используются обобщённые типы X1 и Y1 для структуры Point и X2 Y2 для метода mixup . Метод создаёт новый Point со значением x из self Point (типа X1 ) и значением y из другой Point (типа Y2 ), переданной в качестве параметра. Файл: src/main.rs impl Point< f32 > { fn distance_from_origin (& self ) -> f32 { ( self .x.powi( 2 ) + self .y.powi( 2 )).sqrt() } } Листинг 10-11: метод, использующий разные обобщённые типы из определения структуры для которой он определён В функции main , мы определили тип Point , который имеет i32 для x (со значением 5 ) и тип f64 для y (со значением 10.4 ). Переменная p2 является структурой Point которая имеет строковый срез для x (со значением "Hello" ) и char для y (со значением c ). Вызов mixup на p1 с аргументом p2 создаст для нас экземпляр структуры p3 . Новый экземпляр p3 будет иметь для x тип i32 (потому что x взят из p1 ), а для y тип char (потому что y взят из p2 ). Вызов макроса println! выведет p3.x = 5, p3.y = c Цель этого примера продемонстрировать ситуацию, в которой одни обобщённые параметры объявлены в impl , а другие в определении метода. Здесь обобщённые параметры X1 и Y1 объявляются после impl , потому что они идут вместе с определением структуры. Обобщённые параметры типа X2 и Y2 объявляются после fn mixup , потому что они относятся только к методу. Производительность кода использующего обобщённые типы Вы могли бы задаться вопросом, появляются ли дополнительные вычисления во время выполнения кода использующего параметры обобщённого типа. Хорошей новостью является то, что Rust реализует обобщённые типы таким способом, что ваш код не работает медленнее при их использовании, чем если бы это было с конкретными типами. struct Point } impl self , other: Point Point { x: self .x, y: other.y, } } } fn main () { let p1 = Point { x: 5 , y: 10.4 }; let p2 = Point { x: "Hello" , y: 'c' }; let p3 = p1.mixup(p2); println! ( "p3.x = {}, p3.y = {}" , p3.x, p3.y); } Rust достигает этого благодаря выполнению мономорфизации кода использующего обобщения. Мономорфизация - это процесс превращения обобщённого кода в конкретный код во время компиляции, при котором из кода с обобщёнными типами генерируется код содержащий конкретные типы которые могут встретиться в вашем приложении. В этом процессе компилятор выполняет противоположные шаги, которые обычно используются для создания обобщённой функции в листинге 10-5: компилятор просматривает все места, где вызывается обобщённый код и генерирует код для конкретных типов, с которыми вызван обобщённый код. Давайте посмотрим, как это работает, на примере, который использует перечисление Option из стандартной библиотеки: Когда Rust компилирует этот код, он выполняет мономорфизацию. Во время этого процесса компилятор считывает значения, которые были использованы у экземпляра Option и определяет два вида Option : один для i32 , а другой для f64 . Таким образом, он расширяет общее определение Option в Option_i32 и Option_f64 , тем самым заменяя обобщённое определение на конкретное. Мономорфизированная версия кода выглядит следующим образом. Обобщённый Option заменяется конкретными определениями, созданными компилятором: Файл: src/main.rs Так как Rust компилирует обобщённый код, в код указывающий тип в каждом экземпляре, то мы не платим временем выполнения за использование обобщённых типов. Когда код выполняется, он работает так же, как если бы мы дублировали каждое определение вручную. Процесс мономорфизации делает обобщённые типы Rust чрезвычайно эффективными во время выполнения. let integer = Some ( 5 ); let float = Some ( 5.0 ); 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 ); } Типажи: определение общего поведения Типаж сообщает компилятору Rust о функциональности, которой обладает определённый тип и которой он может поделиться с другими типами. Можно использовать типажи, чтобы определять общее поведение абстрактным способом. Мы можем использовать ограничение типажа (trait bounds) чтобы указать, что общим типом может быть любой тип, который имеет определённое поведение. Примечание: Типажи похожи на функциональность часто называемую интерфейсами в других языках программирования, хотя и с некоторыми отличиями. Определение типажа Поведение типа определяется теми методами, которые мы можем вызвать у данного типа. Различные типы разделяют одинаковое поведение, если мы можем вызвать одни и те же методы у этих типов. Определение типажей - это способ сгруппировать сигнатуры методов вместе для того, чтобы описать общее поведение, необходимое для достижения определённой цели. Например, пусть есть несколько структур, которые имеют различный тип и различный размер текста: структура NewsArticle , которая содержит которая содержит новость, напечатанную в каком-то месте мира; структура Tweet , которая содержит 280 символьную строку твита и мета-данные, обозначающие является ли твит новым или ответом на другой твит. Мы хотим создать крейт библиотеки медиа-агрегатора aggregator , которая может отображать сводку данных сохранённых в экземплярах структур NewsArticle или Tweet Чтобы этого достичь, нам необходимо иметь возможность для каждой структуры получить короткую сводку на основе имеющихся данных, и для этого мы запросим сводку вызвав метод summarize . Листинг 10-12 показывает определение типажа Summary , который выражает это поведение. Файл: src/lib.rs Листинг 10-12: Определение типажа Summary , который содержит поведение предоставленное методом summarize Здесь мы объявляем типаж с использованием ключевого слова trait , а затем его название, которым в нашем случае является Summary . Также мы объявляем крейт как pub что позволяет крейтам, зависящим от нашего крейта, тоже использовать наш крейт, pub trait Summary { fn summarize (& self ) -> String ; } что мы увидим в последующих примерах. Внутри фигурных скобок объявляются сигнатуры методов, которые описывают поведения типов, реализующих данный типаж, в данном случае поведение определяется только одной сигнатурой метода fn summarize(&self) -> String После сигнатуры метода, вместо предоставления реализации в фигурных в скобках, мы используем точку с запятой. Каждый тип, реализующий данный типаж, должен предоставить своё собственное поведение для данного метода. Компилятор обеспечит, что любой тип содержащий типаж Summary , будет также иметь и метод summarize объявленный с точно такой же сигнатурой. Типаж может иметь несколько методов в описании его тела: сигнатуры методов перечисляются по одной на каждой строке и должны закачиваться символом ; Реализация типажа у типа Теперь, после того как мы определили желаемое поведение используя типаж Summary , можно реализовать его у типов в нашем медиа-агрегаторе. Листинг 10-13 показывает реализацию типажа Summary у структуры NewsArticle , которая использует для создания сводки в методе summarize заголовок, автора и место публикации статьи. Для структуры Tweet мы определяем реализацию summarize используя имя пользователя и следующий за ним полный текст твита, полагая что содержание твита уже ограниченно 280 символами. Файл: src/lib.rs Листинг 10-13: Реализация типажа Summary для структур NewsArticle и Tweet Реализация типажа у типа аналогична реализации обычных методов. Разница в том что после impl мы ставим имя типажа, который мы хотим реализовать, затем используем ключевое слово for , а затем указываем имя типа, для которого мы хотим сделать реализацию типажа. Внутри блока impl мы помещаем сигнатуру метода объявленную в типаже. Вместо добавления точки с запятой в конце, после каждой сигнатуры используются фигурные скобки и тело метода заполняется конкретным поведением, которое мы хотим получить у методов типажа для конкретного типа. Теперь когда библиотека реализовала типаж Summary для NewsArticle и Tweet , программисты использующие крейт могут вызывать методы типажа у экземпляров типов NewsArticle и Tweet точно так же как если бы это были обычные методы. Единственное отличие состоит в том, что программист должен ввести типаж в область видимости точно так же как и типы. Здесь пример того как бинарный крейт может использовать наш aggregator : pub struct NewsArticle { pub headline: String , pub location: String , pub author: String , pub content: String , } impl Summary for NewsArticle { fn summarize (& self ) -> String { format! ( "{}, by {} ({})" , self .headline, self .author, self .location) } } pub struct Tweet { pub username: String , pub content: String , pub reply: bool , pub retweet: bool , } impl Summary for Tweet { fn summarize (& self ) -> String { format! ( "{}: {}" , self .username, self .content) } } Данный код напечатает: 1 new tweet: horse_ebooks: of course, as you probably already know, people Другие крейты, которые зависят от aggregator , тоже могу включить типаж Summary в область видимости для реализации Summary в их собственных типах. Одно ограничение, на которое следует обратить внимание, заключается в том, что мы можем реализовать типаж для типа только в том случае, если хотя бы один из типажей типа является локальным для нашего крейта. Например, мы можем реализовать стандартный библиотечный типаж Display на собственном типе Tweet как часть функциональности нашего крейта aggregator потому что тип Tweet является локальным для крейта aggregator . Также мы можем реализовать Summary для Vec в нашем крейте aggregator , потому что типаж Summary является локальным для нашего крейта aggregator Но мы не можем реализовать внешние типажи для внешних типов. Например, мы не можем реализовать типаж Display для Vec внутри нашего крейта aggregator , потому что Display и Vec оба определены в стандартной библиотеке а не локально в нашем крейте aggregator . Это ограничение является частью свойства называемого согласованность (coherence), а ещё точнее сиротское правило (orphan rule), которое называется так потому что не представлен родительский тип. Это правило гарантирует, что код других людей не может сломать ваш код и наоборот. Без этого правила два крейта могли бы реализовать один типаж для одинакового типа и Rust не сможет понять, какой реализацией нужно пользоваться. |