实现 2D 矢量语法以访问 1D 矢量？

Question

我正在制作一个玩具 roguelike，并有一个 Level 结构来存储游戏地图，其中最简单的实现是 2D 向量。

我正在关注this tutorial，它使用Vectors 的Vector，但指出为了提高性能，也可以使用大小为MAP_HEIGHT * MAP_WIDTH 的单个Vector，并在以下位置访问磁贴(x, y) 可以直接访问map[y * MAP_WIDTH + x]。

我正在尝试实现这种更快的方法，但是使用 getter 和 setter 很笨重，而且公共字段也不是那么好。我更喜欢它感觉像一个 2D 矢量。

为此，我需要为我的班级实现 Index 特征，但我不确定如何获得我想要的结果。也许通过嵌套impls？我真的不知道。

这是我的代码，尝试为我的结构实现Index，这显然不适合我的目的，因为它是一维的：

const MAP_WIDTH: i32 = 80;
const MAP_HEIGHT: i32 = 45;

pub struct Level {
    map: Vec<Tile>,
}

impl Level {
    pub fn new() -> Self {
        Level { map: vec![Tile::empty(); (MAP_HEIGHT * MAP_WIDTH) as usize] }
    }
}

impl std::ops::Index<i32> for Level {
    type Output = Tile;
    fn index(&self, x: i32) -> &Self::Output {
        self[MAP_WIDTH + x]; // We have x and y values; how do we make this work?
    }
}

Answer 1

如果不公开有关您的实施的内部细节，您就无法做到这一点。 Index 定义为：

pub trait Index<Idx> 
where
    Idx: ?Sized, 
{
    type Output: ?Sized;
    fn index(&self, index: Idx) -> &Self::Output;
}

为了支持game[x][y]，game[x] 的返回值需要：

1. 是对某事的引用。 (&Self::Output)
2. 自行实现Index。

除了self 之外，没有任何值可以返回引用，并且self 已经为usize 实现了Index，因此您不能重复使用它。

相反，您可以为元组实现索引：

impl std::ops::Index<(usize, usize)> for Level {
    type Output = Tile;
    fn index(&self, (x, y): (usize, usize)) -> &Self::Output {
        &self.map[MAP_WIDTH as usize * y + x]
    }
} 

这可以用作level[(43, 12)]。

---

如果您implement Index to return a slice，您应该知道您永远要求您的内部数据结构是基于切片的。例如，您不能使用像HashMap 这样的“稀疏”结构，因为它不能返回&[Tile]。返回&[Tile] 的能力现在是结构的public API 的一部分。表示当然有可能会改变，尤其是因为它已经改变过一次。

Answer 2

这是可能的，虽然不是很明显。

首先，我建议将MAP_WIDTH 和MAP_HEIGHT 放在usize 中，因为它们是正整数：

const MAP_WIDTH: usize = 80;
const MAP_HEIGHT: usize = 45;

然后你需要实现Index（可能还有IndexMut）来返回一个切片；在这种情况下，我假设您希望第一个坐标是行：

impl std::ops::Index<usize> for Level {
    type Output = [Tile];

    fn index(&self, row: usize) -> &[Tile] {
        let start = MAP_WIDTH * row;
        &self.map[start .. start + MAP_WIDTH]
    }
}

impl std::ops::IndexMut<usize> for Level {
    fn index_mut(&mut self, row: usize) -> &mut [Tile] {
        let start = MAP_WIDTH * row;
        &mut self.map[start .. start + MAP_WIDTH]
    }
}

然后，当您索引Level 时，它首先返回一个包含适用行的切片；然后您可以使用列号索引该切片。

下面是一个替换为Tile的示例实现：

const MAP_WIDTH: usize = 80;
const MAP_HEIGHT: usize = 45;

#[derive(Clone, Debug)]
pub struct Tile {
    x: u32,
    y: u32
}

pub struct Level {
    map: Vec<Tile>,
}

impl Level {
    pub fn new() -> Self {
        Level { map: vec![Tile { x: 0, y: 0 }; (MAP_HEIGHT * MAP_WIDTH) as usize] }
    }
}

impl std::ops::Index<usize> for Level {
    type Output = [Tile];

    fn index(&self, row: usize) -> &[Tile] {
        let start = MAP_WIDTH * row;
        &self.map[start .. start + MAP_WIDTH]
    }
}

impl std::ops::IndexMut<usize> for Level {
    fn index_mut(&mut self, row: usize) -> &mut [Tile] {
        let start = MAP_WIDTH * row;
        &mut self.map[start .. start + MAP_WIDTH]
    }
}

fn main() {
    let mut lvl = Level::new(); 

    lvl[5][2] = Tile { x: 5, y: 2 };

    println!("{:?}", lvl[5][2]); // Tile { x: 5, y: 2 }
}

Answer 3

使您的结构可索引(i32, i32) 类型的对象。

type Pos = (i32, i32);

impl std::ops::Index<Pos> for Level {
    type Output = Tile;
    fn index(&self, (x, y): Pos) -> &Self::Output {
        &self.map[(y * MAP_WIDTH + x) as usize]
    }
}

然后您可以访问，例如：

let tile = level[(3, 4)];

由于您使用的是i32，因此您需要确保值在范围内，并且可以强制转换为usize，这是Vecs 的索引。也许你应该从一开始就坚持使用u32 或usize 值。否则，您需要跟踪最小 x 和 y 值，然后减去它们，以保持位置在范围内。处理正坐标并假设地图的角为(0, 0) 肯定更简单。