对结构中特征的引用

Question

我有一个特质Foo

pub trait Foo {
   fn do_something(&self) -> f64;
}

以及引用该特征的结构

pub struct Bar {
   foo: Foo,
}

尝试编译我得到

error: reference to trait `Foo` where a type is expected; try `Box<Foo>` or `&Foo`

将结构更改为

struct Bar {
   foo: &Foo,
}

告诉我error: missing lifetime specifier

将定义改为

struct Bar {
   foo: Box<Foo>,
}

编译——耶！

但是，当我想要一个函数在 bar 上返回 foo - 类似于：

impl Bar {
    fn get_foo(&self) -> Foo {
        self.foo
    }
}

很明显bar.foo 是Box<Foo>，所以预计我会得到error: reference to trait `Foo` where a type is expected; try `Box<Foo>` or `&Foo`

将签名改为

impl Bar {
    fn get_foo(&self) -> Box<Foo> {
        let this = *self;
        this.foo
    }
}

但现在我在尝试取消引用 self 时收到 error: cannot move out of dereference of `&`-pointer。

改成

impl Bar {
    fn get_foo(self) -> Box<Foo> {
        self.foo
    }
}

一切都好。

所以....

1. 为什么& 在bar 结构中不起作用？我假设我必须装箱 由于结构有一个固定的内存布局，所以我们不得不说它是一个指针 到一个特征（因为我们不知道它会有多大），但为什么 编译器建议一些不会编译的东西？
2. 为什么我不能在 get_foo() 中取消引用 self - 我看到的所有示例都使用借用的 self 语法？
3. 删除& 并仅使用self 意味着什么？

学习 Rust 令人着迷，但内存安全性既令人着迷又令人生畏！

可编译的完整代码：

trait Foo {
    fn do_something(&self) -> f64;
}

struct Bar {
    foo: Box<Foo>,
}

impl Bar {
    fn get_foo(self) -> Box<Foo> {
        let foo = self.foo;
        foo.do_something();
        foo
    }
}

fn main() {}

Answer 1

这是 trait 对象的棘手点，你需要非常明确地知道谁拥有底层对象。

确实，当您使用 trait 作为类型时，底层对象必须存储在某个地方，因为 trait 对象实际上是对实现给定 trait 的对象的引用。这就是为什么您不能将裸 MyTrait 作为类型，它必须是引用 &MyTrait 或框 Box<MyTrait>。

有参考文献

您尝试的第一种方法是使用引用，编译器抱怨缺少生命周期说明符：

struct Bar {
   foo : &Foo,
}

问题是，一个引用并不拥有底层对象，而另一个对象或作用域必须在某个地方拥有它：你只是借用它。因此，编译器需要有关此引用有效时间的信息：如果底层对象被销毁，您的 Bar 实例将引用释放的内存，这是被禁止的！

这里的想法是添加生命周期：

struct Bar<'a> {
   foo : &'a (Foo + 'a),
}

您在这里对编译器说的是：“我的 Bar 对象不能比其中的 Foo 引用寿命长”。您必须指定两次生命周期：一次用于引用的生命周期，一次用于 trait 对象本身，因为可以为引用实现特征，并且如果底层对象是引用，则还必须指定其生命周期。

在特殊情况下会写：

struct Bar<'a> {
   foo : &'a (Foo + 'static),
}

在这种情况下，'static 要求底层对象必须是一个真正的结构，或者一个 &'static 引用，但不允许其他引用。

此外，要构建您的对象，您必须为其提供对您自己存储的其他对象的引用。

你最终会得到这样的结果：

trait Foo {}

struct MyFoo;

impl Foo for MyFoo {}

struct Bar<'a> {
    foo: &'a (Foo + 'a),
}

impl<'a> Bar<'a> {
    fn new(the_foo: &'a Foo) -> Bar<'a> {
        Bar { foo: the_foo }
    }

    fn get_foo(&'a self) -> &'a Foo {
        self.foo
    }
}

fn main() {
    let myfoo = MyFoo;
    let mybar = Bar::new(&myfoo as &Foo);
}

带盒子

相反，一个 Box 拥有它的内容，因此它允许您将底层对象的所有权授予您的 Bar 结构。然而，由于这个底层对象可能是一个引用，因此您还需要指定生命周期：

struct Bar<'a> {
    foo: Box<Foo + 'a>
}

如果你知道底层对象不能是引用，你也可以这样写：

struct Bar {
    foo: Box<Foo + 'static>
}

寿命问题完全消失了。

对象的构造因此相似，但更简单，因为您不需要自己存储底层对象，它由盒子处理：

trait Foo {}

struct MyFoo;

impl Foo for MyFoo {}

struct Bar<'a> {
    foo: Box<Foo + 'a>,
}

impl<'a> Bar<'a> {
    fn new(the_foo: Box<Foo + 'a>) -> Bar<'a> {
        Bar { foo: the_foo }
    }

    fn get_foo(&'a self) -> &'a Foo {
        &*self.foo
    }
}

fn main() {
    let mybar = Bar::new(box MyFoo as Box<Foo>);
}

在这种情况下，'static 版本将是：

trait Foo {}

struct MyFoo;

impl Foo for MyFoo {}

struct Bar {
    foo: Box<Foo + 'static>,
}

impl Bar {
    fn new(the_foo: Box<Foo + 'static>) -> Bar {
        Bar { foo: the_foo }
    }

    fn get_foo<'a>(&'a self) -> &'a Foo {
        &*self.foo
    }
}

fn main() {
    let mybar = Bar::new(box MyFoo as Box<Foo>);
    let x = mybar.get_foo();
}

用裸值

回答你的最后一个问题：

删除 & 只使用 self 的含义是什么？

如果一个方法有这样的定义：

fn unwrap(self) {}

这意味着它会在这个过程中消耗你的对象，并且在调用bar.unwrap()之后，你将无法再使用bar。

这是一个通常用于归还您的结构所拥有数据的所有权的过程。您会在标准库中遇到很多unwrap() 函数。

Answer 2

注意以备将来参考：语法已更改为

struct Bar<'a> {
    foo: &'a Foo + 'a,
}

到

struct Bar<'a> {
    foo: &'a (Foo + 'a), // with parens
}

每RFC 438

Answer 3

在 2021 版中，dyn 现在是用于 Trait 对象的 requirement。 box 语法在 1.57 中仍然不稳定，所以应该使用 Box::new() 代替（但不需要强制转换）。所以我认为@Levans上面的例子应该稍微修改一下：

trait Foo {}

struct MyFoo;

impl Foo for MyFoo {}

struct Bar<'a> {
    foo: Box<dyn Foo + 'a>,
}

impl<'a> Bar<'a> {
    fn new(the_foo: Box<dyn Foo + 'a>) -> Bar<'a> {
        Bar { foo: the_foo }
    }

    fn get_foo(&'a self) -> &'a dyn Foo {
        &*self.foo
    }
}

fn main() {
    let mybar = Bar::new(Box::new(MyFoo));
}