为什么我需要“使用 rand::Rng”在 rand::thread_rng() 上调用 gen()？

Question

当我使用 Rust 的 rand crate 时，如果我想生成一个 rand 数，我会这样写：

use rand::{self, Rng};
let rand = rand::thread_rng().gen::<usize>();

如果我不use rand::Rng，就会出现错误：

在当前范围内没有为结构 rand::prelude::ThreadRng 找到名为 gen 的方法

这与我习惯的完全不同。通常我会这样对待模组：

import rand from "path";
rand.generate();

一旦我导入了这个模组，我就不需要导入其他东西了，我可以使用它导出的每一种方法。

为什么我必须use rand::Rng 才能在rand::thread_rng() 上启用gen 方法？

Answer 1

我不知道您使用的具体库，但我可以猜到问题所在。我猜Rng 是一个定义gen 的特征。可以认为 Traits 有点像 Java 的接口：它们允许您为不同数据类型上的同一函数定义不同行为，从而实现临时多态性。

然而，Rust 的特征解决了 Java 接口的一个主要问题（嗯，它们解决了几个主要问题，但这里有一个相关问题）。在Java中，如果你定义了一个接口，那么任何写一个类的人都可以实现这个接口，但你不能为其他人实现它。特别是，内置类型 String 和 int 等可以永远在下游实现任何新接口。在 Rust 中，trait writer 或 struct/enum writer 都可以实现 trait。

但这带来了另一个问题。现在，如果我有一个Foo 类型的值foo 并且我写foo.bar()，那么bar 可能不是定义的方法on Foo;它可能是一些trait writer 在其他文件中实现的东西。我们无法在您的计算机上搜索每个 Rust 文件以寻找可能的匹配特征，因此 Rust 做出合理的决定，将搜索限制在范围内的特征上。如果你想调用foo.bar() 并且bar 是trait Bar 上的一个方法，那么trait Bar 必须在你调用它的范围内。否则，Rust 不会看到它。

因此，在您的情况下，thread_rng() 返回一个rand::prelude::ThreadRng。 gen 方法没有在 rand::prelude::ThreadRng 上定义。相反，它是在一个名为rand::Rng 的特征上定义的，它由ThreadRng 实现*。该特征必须在范围内才能使用该方法。

Answer 2

这和我以前知道的完全不同。

感觉不同，因为它确实不同。您可能习惯于通过某种虚拟方法表（例如在 C++ 中）进行动态调度，或者在 JS 的情况下，通过查找接收者对象自己的属性或通过 @987654324 查找其祖先来动态调度@-链。在任何情况下，您正在调用方法的对象都带有一些数据，这些数据告诉它如何获取您正在调用的方法。给定被调用方法的签名，接收者对象本身就知道如何获取带有该签名的方法。

不过，这不是唯一的方法。例如，

• OCaml 或 SML 中的模块/函子
• Haskell 中的类型类
• Scala 中的implicits / givens
• Rust 中的特征

工作在一个相当不同的原则上：方法不依赖于接收者，而是依赖于模块/类型类/给定/特征实例。在每种情况下，这些都是与方法调用的接收者分开的实体。它开启了一些新的可能性，例如它允许你做一些特别的多态性（即在事后定义特征的实例，对于不一定在你控制之下的类型）。同时，编译器通常需要您提供更多信息才能选择正确的实例：它的行为有点像一个小型类型导向搜索引擎，甚至有点像“定理证明器”，为此为了工作，你必须告诉编译器在哪里为那些合成生成的实例寻找合适的构建块。

如果您以前从未使用过任何具有编译器的语言，该编译器具有基于类型信息“搜索实例”的子系统，那么这确实应该感觉很陌生。错误消息和解决方法确实感觉很不一样，因为不是将您的实现与接口进行比较并寻找冲突，您必须通过提供更多提示（例如，通过导入更多特征等）来引导这种实例搜索机制。

在您的特定情况下，rand::thread_rng 返回一个 struct ThreadRng。就其本身而言，该结构对gen 方法一无所知，因为该方法不直接绑定到该结构。相反，它在Rng trait 中定义。但同时，它可以定义为一些完全不相关的特征，并具有一些完全不同的含义。为了消除预期含义的歧义，因此您必须明确指定要使用 Rng 特征。这就是为什么你必须在use-clause 中提及它。