如何创建具有计时时区的通用 Rust 结构？

Question

免责声明：我是 Rust 的新手（以前的经验是 Python、TypeScript 和 Go，按顺序排列），我完全有可能遗漏了一些非常明显的东西。

我正在尝试构建一个 Rust 时钟接口。我的基本目标是我有一个报告实际时间的小时钟结构，以及一个报告伪造版本以供测试的存根版本。请注意，这些是历史测试而不是单元测试：我的目标是重放历史数据。我认为部分问题也可能是我对chrono的理解不够好。这显然是一个很棒的库，但我在 chrono 和 chrono_tz 中的类型与实例关系方面遇到了问题。

无论如何，这就是我所拥有的：

use chrono::{DateTime, TimeZone, Utc};

/// A trait representing the internal clock for timekeeping requirements.
/// Note that for some testing environments, clocks may be stubs.
pub trait Clock<Tz: TimeZone> {
  fn now() -> DateTime<Tz>;
}

我的最终目标是让其他结构在特定时区拥有dyn Clock。该时钟可能是系统时钟（具有适当的时区转换），也可能是某种存根。

这是我对系统时钟 shim 的尝试，但一切都出现了可怕的错误：

/// A clock that reliably reports system time in the requested time zone.
struct SystemClock<Tz: TimeZone> {
  time_zone: std::marker::PhantomData<*const Tz>,
}
impl<Tz: TimeZone> Clock<Tz> for SystemClock<Tz> {
  /// Return the current time.
  fn now() -> DateTime<Tz> {
    Utc::now().with_timezone(&Tz)
  }
}

关键问题是Utc::now().with_timezone(&Tz)。编译器需要一个值，而不是类型。很公平，除了chrono 和chrono_tz 似乎没有时区值。我一直在寻找合适的东西放在这里，但似乎没有什么是正确的答案。

Answer 1

问题是时区 type 不足以实现指定的now()。大多数时区没有实现为单独的类型，Utc 在这方面实际上是特殊的（Local 也是如此）。正常时区被实现为更一般的时区类型的值，例如FixedOffset 或chrono_tz::Tz。这些类型在运行时存储时区偏移量，因此有效的FixedOffsets 包括FixedOffset::east(1)（CET）、FixedOffset::west(5)（EST），甚至FixedOffset::east(0)（GMT、UTC）。这就是为什么DateTime::with_timezone() 需要一个具体的时区值，而不仅仅是它的类型。

解决此问题的最简单方法是修改 now() 以接受时区值：

pub trait Clock<Tz: TimeZone> {
    fn now(tz: Tz) -> DateTime<Tz>;
}

struct SystemClock<Tz: TimeZone> {
    time_zone: std::marker::PhantomData<*const Tz>,
}

impl<Tz: TimeZone> Clock<Tz> for SystemClock<Tz> {
    fn now(tz: Tz) -> DateTime<Tz> {
        Utc::now().with_timezone(&tz)
    }
}

用法如下所示：

fn main() {
    // now in Utc
    println!("{:?}", SystemClock::now(Utc));
    // now in GMT+1
    println!("{:?}", SystemClock::now(FixedOffset::east(1)));
    // now in Copenhagen time
    println!(
        "{:?}",
        SystemClock::now("Europe/Copenhagen".parse::<chrono_tz::Tz>().unwrap())
    );
}

特别注意第二个和最后一个示例，其中时区是在运行时选择的，显然没有被时区类型捕获。

如果您发现在 now() 等 trait 方法中指定时区值是多余的，您可以让这些方法访问 self 并将时区值保留在 SystemClock 的字段中（这也将很好地消除PhantomData)：

pub trait Clock<Tz: TimeZone> {
    fn now(&self) -> DateTime<Tz>;
}

struct SystemClock<Tz: TimeZone> {
    time_zone: Tz,
}

impl SystemClock<Utc> {
    fn new_utc() -> SystemClock<Utc> {
        SystemClock { time_zone: Utc }
    }
}

impl<Tz: TimeZone> SystemClock<Tz> {
    fn new_with_time_zone(tz: Tz) -> SystemClock<Tz> {
        SystemClock { time_zone: tz }
    }
}

impl<Tz: TimeZone> Clock<Tz> for SystemClock<Tz> {
    fn now(&self) -> DateTime<Tz> {
        Utc::now().with_timezone(&self.time_zone)
    }
}

fn main() {
    println!("{:?}", SystemClock::new_utc().now());
    println!("{:?}", SystemClock::new_with_time_zone(FixedOffset::east(1)).now());
    // ...
}

Playground

对于在编译时已知偏移量的时区，例如Utc 和Local，时区字段将不占用空间，SystemClock 的大小为零，就像您原来的一样设计。对于在运行时选择偏移量的时区，SystemClock 会将该信息存储在结构中。

最后，随着 const 泛型的出现，可以想象FixedOffset 的一种变体，它在编译时将偏移量存储为 const 泛型。此类类型由 chrono-simpletz crate 提供，您可以使用它来创建您最初想要的 Clock 特征。由于它的类型是在编译时完全指定的，它们实现了Default，因此您可以使用Tz::default() 轻松获得时区值。结果（遗憾的是再次需要PhantomData）可能如下所示：

use std::marker::PhantomData;

use chrono::{DateTime, TimeZone, Utc};
use chrono_simpletz::{UtcZst, known_timezones::UtcP1};

type UtcP0 = UtcZst<0, 0>;  // chrono_simpletz doesn't provide this

pub trait Clock<Tz: TimeZone + Default> {
    fn now() -> DateTime<Tz>;
}

struct SystemClock<Tz: TimeZone> {
    time_zone: PhantomData<fn() -> Tz>,
}

impl<Tz: TimeZone + Default> Clock<Tz> for SystemClock<Tz> {
    fn now() -> DateTime<Tz> {
        Utc::now().with_timezone(&Tz::default())
    }
}

fn main() {
    println!("{:?}", SystemClock::<UtcP0>::now());
    println!("{:?}", SystemClock::<UtcP1>::now());
}

如果在生产中选择哪个选项不明显，我推荐第二个，即带有游乐场链接的那个。