Rust 泛型约束

在使用泛型时，类型参数常常必须使用 trait 作为约束（bound）来明确规定类型应实现哪些功能。例如下面的例子用到了 Display trait 来打印，所以它用 Display 来约束 T，也就是说 T 必须实现 Display。

// 定义一个函数 `printer`，接受一个类型为泛型 `T` 的参数，
// 其中 `T` 必须实现 `Display` trait。
fn printer<T: Display>(t: T) {
    println!("{}", t);
}

约束把泛型类型限制为符合约束的类型。请看：

struct S<T: Display>(T);

// 报错！`Vec<T>` 未实现 `Display`。此次泛型具体化失败。
let s = S(vec![1]);

约束的另一个作用是泛型的实例可以访问作为约束的 trait 的方法。例如：

// 这个 trait 用来实现打印标记：`{:?}`。
use std::fmt::Debug;

trait HasArea {
    fn area(&self) -> f64;
}

impl HasArea for Rectangle {
    fn area(&self) -> f64 { self.length * self.height }
}

#[derive(Debug)]
struct Rectangle { length: f64, height: f64 }
#[allow(dead_code)]
struct Triangle  { length: f64, height: f64 }

// 泛型 `T` 必须实现 `Debug` 。只要满足这点，无论什么类型
// 都可以让下面函数正常工作。
fn print_debug<T: Debug>(t: &T) {
    println!("{:?}", t);
}

// `T` 必须实现 `HasArea`。任意符合该约束的泛型的实例
// 都可访问 `HasArea` 的 `area` 函数
fn area<T: HasArea>(t: &T) -> f64 { t.area() }

fn main() {
    let rectangle = Rectangle { length: 3.0, height: 4.0 };
    let _triangle = Triangle  { length: 3.0, height: 4.0 };

    print_debug(&rectangle);
    println!("Area: {}", area(&rectangle));

    //print_debug(&_triangle);
    //println!("Area: {}", area(&_triangle));
    // ^ 试一试：取消上述语句的注释。
    // | 报错：未实现 `Debug` 或 `HasArea`。
}

多说一句，某些情况下也可使用 where 分句来形成约束，这拥有更好的表现力。

约束的工作机制会产生这样的效果：即使一个 trait 不包含任何功能，你仍然可以用它作为约束。标准库中的 Eq 和 Ord 就是这样的 trait。

struct Cardinal;
struct BlueJay;
struct Turkey;

trait Red {}
trait Blue {}

impl Red for Cardinal {}
impl Blue for BlueJay {}

// 这些函数只对实现了相应的 trait 的类型有效。
// 事实上这些 trait 内部是空的，但这没有关系。
fn red<T: Red>(_: &T)   -> &'static str { "red" }
fn blue<T: Blue>(_: &T) -> &'static str { "blue" }

fn main() {
    let cardinal = Cardinal;
    let blue_jay = BlueJay;
    let _turkey   = Turkey;

    // 由于约束，`red()` 不能作用于 blue_jay （蓝松鸟），反过来也一样。
    println!("A cardinal is {}", red(&cardinal));
    println!("A blue jay is {}", blue(&blue_jay));
    //println!("A turkey is {}", red(&_turkey));
    // ^ 试一试：去掉此行注释。
}

多重约束（multiple bounds）可以用 + 连接。和平常一样，类型之间使用 , 隔开。

use std::fmt::{Debug, Display};

fn compare_prints<T: Debug + Display>(t: &T) {
    println!("Debug: `{:?}`", t);
    println!("Display: `{}`", t);
}

fn compare_types<T: Debug, U: Debug>(t: &T, u: &U) {
    println!("t: `{:?}`", t);
    println!("u: `{:?}`", u);
}

fn main() {
    let string = "words";
    let array = [1, 2, 3];
    let vec = vec![1, 2, 3];

    compare_prints(&string);
    //compare_prints(&array);
    // 试一试 ^ 将此行注释去掉。

    compare_types(&array, &vec);
}

约束也可以使用 where 分句来表达，它放在 { 的前面，而不需写在类型第一次出现之前。另外 where 从句可以用于任意类型的限定，而不局限于类型参数本身。

where 在下面一些情况下很有用：

当分别指定泛型的类型和约束会更清晰时：

impl <A: TraitB + TraitC, D: TraitE + TraitF> MyTrait<A, D> for YourType {}

// 使用 `where` 从句来表达约束
impl <A, D> MyTrait<A, D> for YourType where
    A: TraitB + TraitC,
    D: TraitE + TraitF {}

当使用 where 从句比正常语法更有表现力时。本例中的 impl 如果不用 where 从句，就无法直接表达。

use std::fmt::Debug;

trait PrintInOption {
    fn print_in_option(self);
}

// 这里需要一个 `where` 从句，否则就要表达成 `T: Debug`（这样意思就变了），
// 或者改用另一种间接的方法。
impl<T> PrintInOption for T where
    Option<T>: Debug {
    // 我们要将 `Option<T>: Debug` 作为约束，因为那是要打印的内容。
    // 否则我们会给出错误的约束。
    fn print_in_option(self) {
        println!("{:?}", Some(self));
    }
}

fn main() {
    let vec = vec![1, 2, 3];

    vec.print_in_option();
}

更多细节内容请参考官方文档。

豆子笔记

Rust 泛型约束