在 Rust 中为所有具有特征的结构重载运算符

Question

我正在尝试使用特征和运算符重载在 Rust 中实现 C++ 样式的表达式模板。我在尝试为每个表达式模板结构重载“+”和“*”时陷入困境。编译器抱怨 Add 和 Mul trait 实现：

error[E0210]: type parameter `T` must be used as the type parameter for some local type (e.g., `MyStruct<T>`)
  --> src/main.rs:32:6
   |
32 | impl<T: HasValue + Copy, O: HasValue + Copy> Add<O> for T {
   |      ^ type parameter `T` must be used as the type parameter for some local type
   |
   = note: implementing a foreign trait is only possible if at least one of the types for which it is implemented is local
   = note: only traits defined in the current crate can be implemented for a type parameter

如果我尝试为其实现特征的类型在没有我的 crate 的情况下可构造，那么该错误将是有意义的，但该类型是必须实现我定义的 HasValue 特征的泛型。

代码如下：

use std::ops::{Add, Mul};

trait HasValue {
    fn get_value(&self) -> i32;
}

// Val

struct Val {
    value: i32,
}

impl HasValue for Val {
    fn get_value(&self) -> i32 {
        self.value
    }
}

// Add

struct AddOp<T1: HasValue + Copy, T2: HasValue + Copy> {
    lhs: T1,
    rhs: T2,
}

impl<T1: HasValue + Copy, T2: HasValue + Copy> HasValue for AddOp<T1, T2> {
    fn get_value(&self) -> i32 {
        self.lhs.get_value() + self.rhs.get_value()
    }
}

impl<T: HasValue + Copy, O: HasValue + Copy> Add<O> for T {
    type Output = AddOp<T, O>;
    fn add(&self, other: &O) -> AddOp<T, O> {
        AddOp {
            lhs: *self,
            rhs: *other,
        }
    }
}

// Mul

struct MulOp<T1: HasValue + Copy, T2: HasValue + Copy> {
    lhs: T1,
    rhs: T2,
}

impl<T1: HasValue + Copy, T2: HasValue + Copy> HasValue for MulOp<T1, T2> {
    fn get_value(&self) -> i32 {
        self.lhs.get_value() * self.rhs.get_value()
    }
}

impl<T: HasValue + Copy, O: HasValue + Copy> Mul<O> for T {
    type Output = MulOp<T, O>;
    fn mul(&self, other: &O) -> MulOp<T, O> {
        MulOp {
            lhs: *self,
            rhs: *other,
        }
    }
}

fn main() {
    let a = Val { value: 1 };
    let b = Val { value: 2 };
    let c = Val { value: 2 };

    let e = ((a + b) * c).get_value();

    print!("{}", e);
}

想法？

Answer 1

尝试为您的自定义类型定义特征Add，您正在这样做：

impl<T: HasValue + Copy, O: HasValue + Copy> Add<O> for T {
    type Output = AddOp<T, O>;
    fn add(&self, other: &O) -> AddOp<T, O> {
        AddOp {
            lhs: *self,
            rhs: *other,
        }
    }
}

但是T: HasValue + Copy 匹配任何实现 trait HasValue 的类型，并且这种类型可能没有在您的 crate 中定义（例如，如果您为 i32 实现 HasValue）。由于 Add 也没有在您的 crate 中定义，Rust 抱怨：例如，通过为 i32 定义 HasValue，您还需要为 i32 重新定义 Add<i32>！

我的建议是将所有操作和值结构包装到一个通用结构中，并为此实现Add 和Mul。这样，您只为您的 crate 中定义的简单类型实现 Add 和 Mul，编译器很高兴。

类似的东西：

struct Calculus<T> {
    calc: T,
}

impl<T: HasValue + Copy> HasValue for Calculus<T> {
    fn get_value(&self) -> i32 {
        self.calc.get_value()
    }
}

impl<T, O> Add<Calculus<O>> for Calculus<T>
where
    T: HasValue + Copy,
    O: HasValue + Copy,
{
    type Output = Calculus<AddOp<T, O>>;
    fn add(self, other: Calculus<O>) -> Calculus<AddOp<T, O>> {
        Calculus {
            calc: AddOp {
                lhs: self.calc,
                rhs: other.calc,
            },
        }
    }
}

impl<T, O> Mul<Calculus<O>> for Calculus<T>
where
    T: HasValue + Copy,
    O: HasValue + Copy,
{
    type Output = Calculus<MulOp<T, O>>;
    fn mul(self, other: Calculus<O>) -> Calculus<MulOp<T, O>> {
        Calculus {
            calc: MulOp {
                lhs: self.calc,
                rhs: other.calc,
            },
        }
    }
}

然后你可以为你的Val 类型添加一个简洁的new() 方法：

impl Val {
    fn new(n: i32) -> Calculus<Val> {
        Calculus {
            calc: Val { value: n },
        }
    }
}

并像这样使用整个东西：

fn main() {
    let a = Val::new(1);
    let b = Val::new(2);
    let c = Val::new(3);

    let e = ((a + b) * c).get_value();

    print!("{}", e);
}

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