Rust 从入门到精通08-trait
Rust 语言中，trait 是一个非常重要的概念，可以包含：函数、常量、类型等。
通俗一点理解，trait 以一种抽象的方式定义共享的行为，可以被认为是一些语言的接口，但是与接口也有一定区别，下面会介绍。
1、成员方法
trait 中可以定义方法。
trait Shape {
fn area(&self) -> f64;
}
我们在一个名为 Shape 的 trait 中定义了一个方法 area。
1.1 方法参数
看上面定义的 Shape，方法的参数是 &self。其实对于每个 trait 都有一个隐藏的类型 Self(大写的 S)，代表实现此 trait 的具体类型。Rust 中 Self 和 self 都是关键字，大写的Self是类型名，小写的 self 是变量名。其实 area(&self) 等价于 area(self : &Self)，只不过 rust 提供了简化的写法。下面几种情况都是等价的。
trait T {
fn method1(self : Self);
fn method2(self : &Self);
fn method3(self : &mut Self);
}
//等价于下面方法定义
trait T {
fn method1(self);
fn method2(&self);
fn method3(&mut self);
}
1.2 调用实例
可以参考如下例子：
trait Shape {
fn area(&self) -> f64;
}
struct Circle {
radius : f64,
}
impl Shape for Circle {
// Self 的类型就是 Circle
fn area(self : &Self) -> f64{
// 可以通过self.radius访问成员变量
std::f64::consts::PI * self.radius * self.radius
}
}
fn main() {
let circle = Circle{ radius : 2f64};
println!("The area is {}",circle.area())
}
①、通过 self.成员变量 来访问成员变量；
②、通过 实例.成员方法 来调用成员方法；
2、匿名 trait
impl Circle {
fn get_radius(&self) -> f64 {
self.radius
}
}
impl 关键字后面直接接类型，没有 trait 的名字。
可以将上面代码看成是为 Circle 实现了一个匿名的 trait。
3、 静态方法
静态方法：第一个参数不是 self 参数的方法。
impl Circle {
// 普通方法
fn get_radius(&self) -> f64 {
self.radius
}
// 静态方法
fn get_area(this : &Self) ->f64 {
std::f64::consts::PI * this.radius * this.radius
}
}
fn main() {
let c = Circle{ radius : 2f64};
// 调用普通方法
println!("The radius is {}",c.radius);
// 调用静态方法
println!("The area is {}",Circle::get_area(&c))
}
注意和普通方法的区别，参数命名不同，以及调用方式不同（普通方法是小数 实例.方法 ，静态方法是 类型::方法 ）。
静态方法的调用可以 Type::FunctionName()。
4、扩展方法
利用 trait 给其它类型添加方法。
比如我们给内置类型 i32 添加一个方法：
// 扩展方法
trait Double {
fn double(&self) -> Self;
}
impl Double for i32 {
fn double(&self) -> i32{
self * 2
}
}
fn main() {
let x : i32 = 10.double();
println!("x double is {}",x);//20
}
5、泛型约束
5.1 静态分发
在编译期通过单态化分别生成具体类型的实例，所以调用 trait 限定中的方法也都是运行时零成本的，因为不需要在运行时再 进行方法查找 。
fn main() {
fn myPrint<T: ToString>(v: T) {
v.to_string();
}
let c = 'a';
let s = String::from("hello");
myPrint::<char>(c);
myPrint::<String>(s);
}
等价于：
fn myPrint(c:char){
c.to_string();
}
fn myPrint(str:String){
str.to_string();
}
5.2 动态分发
在运行时查找相应类型的方法 ， 会带来一定的运行时开销。
fn dyn_Print(t:&ToString){
t.to_string();
}
let c = 'a';
let s = String::from("hello");
dyn_Print(&c);
dyn_Print(&s)
5、一致性原则
一致性原则，也称为孤儿原则：
Impl 块要么与 trait 块的声明在同一个 crate 中，要么与类型的声明在同一个 crate 中。
也就是说如果 trait 来自外部，而且类型也来自外部 crate，编译器是不允许你为这个类型 impl 这个 trait。它们当中至少有一个是在当前 crate 中定义的。
这也给我们提供了一个标准：上游开发者在写库的时候，一些比较常用的标准 trait，如 Display/Debug/ToString/Default 等，应该尽可能的提供好。否则下游使用这个库的开发者是没法帮我们实现这些 trait 的。
6、trait 和 接口区别
开篇我们说为了便于理解 trait，可以想象为其它语言，比如Java中的接口。但是实际上他们还是有很大的区别的。
因为 rust 是一种用户可以对内存有着精确控制的强类型语言。在目前 Rust 版本中规定：
函数传参类型，返回值类型等都是要在编译期确定大小的。
而 trait 本身既不是具体类型，也不是指针类型，它只是定义了针对类型的、抽象的约束。不同的类型可以实现同一个 trait，满足同一个 trait 的类型可能具有不同的大小。
所以 trait 在编译阶段没有固定的大小，我们不能直接使用 trait 作为实例变量、参数以及返回值。
类似下面的写法都是错误的：
trait Shape {
fn area(&self) -> f64;
}
impl Circle {
//错误1： trait（Shape）不能做参数的类型
fn use_shape(arg : Shape){
}
//错误2： trait（Shape）不能做返回值的类型
fn ret_shape() -> Shape{
}
}
fn main() {
// 错误3：trait（Shape）不能做局部变量的类型
let x : Shape = Circle::new();
}
可以看到编译器的错误提示：
7、derive
Rust 标准库内部实现了一些逻辑较为固定的 trait，通过 derive 配置可以帮助我们自动 impl 某些 trait。
struct Foo {
data : i32,
}
fn main() {
let v1 = Foo{data : 0};
println!("{:?}",v1)
}
加上 Debug 的trait 实现，便于格式化打印 struct。
#[derive(Debug)] 等价于 impl Debug for Foo {}
目前，Rust 支持的可以自动 derive 的 trait 有如下：
Copy,Clone,Default,Hash,Debug,PartialEq,Eq,PartialOrd,Ord,RustcEncodable,RustcDecodable,FromPrimitive,Send,Sync
8、标准库中常见 trait
在介绍 derive 时，我们说明了内置的一些 trait，这都是标准库中比较常见的 trait，下面我们分别介绍这些 trait 是干什么的。
8.1 Display 和 Debug
可以分别看下源码定义：
【Display】
pub trait Display {
/// Formats the value using the given formatter.
///
/// # Examples
///
/// ```
/// use std::fmt;
///
/// struct Position {
/// longitude: f32,
/// latitude: f32,
/// }
///
/// impl fmt::Display for Position {
/// fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
/// write!(f, "({}, {})", self.longitude, self.latitude)
/// }
/// }
///
/// assert_eq!("(1.987, 2.983)",
/// format!("{}", Position { longitude: 1.987, latitude: 2.983, }));
/// ```
fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> Result;
}
【Debug】
pub trait Debug {
/// Formats the value using the given formatter.
///
/// # Examples
///
/// ```
/// use std::fmt;
///
/// struct Position {
/// longitude: f32,
/// latitude: f32,
/// }
///
/// impl fmt::Debug for Position {
/// fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
/// f.debug_tuple("")
/// .field(&self.longitude)
/// .field(&self.latitude)
/// .finish()
/// }
/// }
///
/// let position = Position { longitude: 1.987, latitude: 2.983 };
/// assert_eq!(format!("{:?}", position), "(1.987, 2.983)");
///
/// assert_eq!(format!("{:#?}", position), "(
/// 1.987,
/// 2.983,
/// )");
/// ```
fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> Result;
}
①、只有实现了 Display trait 的类型，才能够用 {} 格式打印出来。
②、只有实现了 Debug trait 的类型，才能够用{:?} {:#?} 格式打印出来。
这两者区别如下：
1、Display 假定了这个类型可以用 utf-8 格式的字符串表示，它是准备给最终用户看的，并不是所有的类型都应该或者能够实现这个 trait。这个 trait 的 fmt 应该如何格式化字符串，完全取决于程序员自己，编译器不提供自动 derive 的功能。
2、标准库中还有一个常用 trait 叫作 std::string::ToString，对于所有实现了 Display trait 的类型，都自动实现了这个 ToString trait 。它包含了一个方法 to_string(&self) -> String。任何一个实现了 Display trait 的类型，我们都可以对它调用 to_string() 方法格式化出一个字符串。
3、Debug 则主要是为了调试使用，建议所有的作为 API 的“公开”类型都应该实现这个 trait，以方便调试。它打印出来的字符串不是以“美观易读”为标准，编译器提供了自动 derive 的功能。
