构造 Rust 特征的惯用方法答案

【问题标题】：Idiomatic way to structure Rust trait构造 Rust 特征的惯用方法
【发布时间】：2019-03-09 01:01:18
【问题描述】：

在“The Ray Tracer Challenge”之后，我一直在用 Rust 编写 Ray Caster，我一直很难找出在 Rust 中实现多态性的正确方法。我的优先事项是该对象可以在多线程程序中使用，这似乎是主要问题。

我有两个案例，但我会专注于一个：形状。有不同种类的形状（坚持使用able 后缀，我最初将我的特征称为Intersectable）。这是一个有效的 trait 对象实现，但它不适用于多线程：

#[derive(Debug)]
pub struct Shape {
    pub parent: Option<Arc<Shape>>,
    pub transform: Matrix4,
    pub material: Material,
    pub intersectable: Box<Intersectable>,
}
pub trait Intersectable: Debug + IntersectableClone {
    fn local_intersect(&self, ray: &Ray, object: Arc<Shape>) -> Vec<Intersection>;
}

pub trait IntersectableClone {
    fn clone_box(&self) -> Box<Intersectable>;
}

impl<T> IntersectableClone for T
where
    T: 'static + Intersectable + Clone,
{
    fn clone_box(&self) -> Box<Intersectable> {
        Box::new(self.clone())
    }
}

impl Clone for Box<Intersectable> {
    fn clone(&self) -> Box<Intersectable> {
        self.clone_box()
    }
}

#[derive(Clone, Debug)]
pub struct Sphere {}

impl Intersectable for Sphere {
    fn local_intersect(&self, ray: &Ray, object: Arc<Shape>) -> Vec<Intersection> {
        ...sphere specific code
    }
}

#[derive(Clone, Debug)]
pub struct Plane {}

impl Intersectable for Plane {
    fn local_intersect(&self, ray: &Ray, object: Arc<Shape>) -> Vec<Intersection> {
        ...plane specific code
    }
}

作为一个纯结构，没有官方多态，我写了一种静态调度，看起来像这样：

#[derive(Debug, Clone)]
pub enum IntersectableType {
    Sphere,
    Plane,
}

#[derive(Debug, Clone)]
pub struct Intersectable {
    intersectable_type: IntersectableType,
}

impl Intersectable {
    pub fn local_intersect(&self, ray: &Ray, object: Arc<Shape>) -> Vec<Intersection> {
        match self.intersectable_type {
            IntersectableType::Sphere => self.local_intersect_sphere(ray, object),
            IntersectableType::Plane => self.local_intersect_plane(ray, object),
            _ => Vec::new(),
        }
    }

    fn local_intersect_sphere(&self, ray: &Ray, object: Arc<Shape>) -> Vec<Intersection> {
        ...sphere specific code
    }

    fn local_intersect_plane(&self, ray: &Ray, object: Arc<Shape>) -> Vec<Intersection> {
        ...plane specific implementation
    }
}

这很好用，但感觉非常不生锈。我在使用其他实现时遇到了一些问题： - 使用Box<Intersectable>（当它是Trait，而不是结构时）很难克隆（我复制了How to clone a struct storing a boxed trait object?，但不喜欢使用'static，因为这使得并发不可能）。 - 使用Arc<Intersectable> 似乎和Box 有同样的问题，尽管也许有办法让它工作。

有没有办法在 Rust 中做到这一点，让我能够利用并发性而不是像这样编写手动静态调度？

【问题讨论】：

您能否展示您迄今为止尝试过的特征方法的功能示例，以便我们了解您遇到的问题？这比我们从头开始要容易得多。
是的，我已经添加了之前的主要实现！
也许你可以在你的形状中存储一个函数指针fn(&Ray, Arc<Shape>) -> Vec<Intersection>。我相信fn 是Clone + Send。本质上，这就是您已经在对空结构进行动态调度所做的事情。
这是一个非常有趣的概念，我没有想到，我会试一试并报告！
哈，我现在也在！但有点不太先进。苦苦思索如何从我的球体中提取形状。

标签： rust

【解决方案1】：

我也在做“光线追踪器挑战”，不过比你落后一点。我没有并发的想法。我现在尝试遵循A-Frame ECS 的想法：

pub trait Primitive {}

pub struct Shape<T: Primitive> {
    pub transformation: M4x4,
    pub material: Material,
    pub primitive: T,
}

pub struct Sphere;
impl Primitive for Sphere {}

【讨论】：