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Rust的一些概念

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类型系统与多态性

  • Rust一切皆表达式，表达式皆有值，值皆有类型，Rust中一切皆类型
  • 现代编程语言包含三种多态形式：参数化多态、Ad-hoc多态和子类型多态：参数化多态和Ad-hoc是静多态，子类型多态是动多态
  • 参数化多态指泛型，Ad-hoc多态叫特定多态：Haskell中是Typeclass，Rust中是trait；子类型多态出自面向对象语言
  • Rust没有GC，内存由编译器分配，Rust代码被编译为LLVM IR，其中携带内存分配信息
  • Rust也有少量的动态大小类型（DST），比如str，因为编译器不可能实现直到字符串，因此字符串切片&str是引用类型，它携带指针和长度信息
  • Rust还支持零大小类型（ZST），比如单元类型和单元结构体，大小是0
  • 如果ZST类型是空，那么底类型表示无，它是!，被称为Bang Type。
  • ::<>是turbofish操作符。is_positive()可以判断正负
  • Rust的泛型是静多态，编译器不管是泛型枚举、泛型函数还是泛型结构体，都会被单态化（Monomorphization）（静态分发）
  • trait有4种用法：接口抽象、泛型约束、抽象类型和标签trait
  • 孤儿原则（Orphan Rule）：如果要实现某个trait，该trait和要实现该trait的类型至少有一个在当前crate中定义。
  • Rust的trait限定与Java的泛型限定、Ruby和Python的Duck Typeing、Golang的Structural Typeing类似。trait是类型，是集合impl<T: A + B> C for T意思是为所有T属于A交B实现Trait C
  • 泛型中使用trait限定，可以将类型的范围根据类型行为限定精确可控的范围。而OOP那套，可以使用trait object，它将在运行期根据虚表指针从虚表（析构函数、大小、对齐和方法等信息）找出正确指针，然后动态调用，这就是动态分发，区别于泛型静态分发
  • 只有当trait的Self类型参数不能被限定为Sized且trait中所有方法都是对象安全时才能作为trait对象使用
  • Sized、Unsize和?Sized的关系是，?Sized包含前者，Sized在编译期确定大小，而UnSize是不确定的
  • 对象安全的方法必须满足三点之一
    1. 方法受Self: Sized约束
    2. 方法签名同时满足三点
      • 不包含任何泛型参数。（否则trait对象在Vtable中将不确定调用哪个方法）
      • 第一参数必须为Self类型或可以解引用为Self的类型。（如self、&self、&mut self和self: Box
      • Self不能出现在除第一参数外的地方。
    3. trait中不包含关联常量，不过可以增加默认的关联常量，只需要使用const关键字
  • Rust提供了5个重要标签trait，定义在std::marker，分别是Sized trait、Unsize trait、Copy trait、Send trait和Sync trait
  • 动态大小类型不能随意使用，需遵循三条限制规则：
    • 只允许通过fat pointer来操作Unsize，类型，如&[T]或&Trait
    • 变量、参数和枚举变量不能使用DST
    • 结构体最后一个字段可以使用DST，其他字段不行
  • Copy trait继承自Clone trait，因此实现Copy功能同时需要实现Clone trait。Copy行为是隐式行为，开发者不能重载，它是简单的位复制，发生执行在变量绑定、函数参数传递和函数返回等场景中
  • 任何类型都能实现Clone trait，但不是所有类型都能实现Copy trait，前提是所有成员都实现了Copy trait
  • Rust可以通过实现Deref trait来自定义解引用操作，如果类型T实现了Deref<Target=U>，则该类型T引用或指针在引用时自动转换为U
  • Rust的解引用有std::ops::Deref的.deref()、.as_ref()、std:borrow::Borrow的.borrow()、&*x和&x[..]
  • From和Into是定义于std::convert模块中的两个trait，定义了from和into两个方法互为&str和String类型的反操作。标准库中还包含TryFrom和TryInto两种trait，它们是错误处理版本
  • Rust标准库中包含了AsRef和AsMut两种trait，将值分别转换为不可变引用和可变引用
  • Box（pub struct Box<T: ?Sized>(Unique<T>);）和Fn、FnMut、FnOnce、Sized等都加上#[fundamental]属性，代表享有特权，不必遵守孤儿规则
  • 除了Rust，Rust还有重叠规则（Overlap），规则规定不能为重叠的类型实现同一个trait
  • 迭代元素时，只能按值迭代，有时必须重新分配数据，不能通过引用来复用原始数据，为了支持引用类型，可以重用内部缓存区不需要重新分配内存，需要更高级的类型多态性，即泛型关联类型（Generic Associated Type， GAT）