【rust语言】rust多态实现方式

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【rust语言】rust多态实现方式。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

前言

学习rust当中遇到了这个问题，记录一下，不对地方望指正

一、多态

多态是面向对象程序设计中的一个重要概念，指同一个行为或操作在不同实例上具有不同的行为或结果。简单来说，多态就是指同一种类型的对象，在不同的上下文中有不同的行为。多态性使得程序可以更加灵活、可扩展和易于维护。在实现多态性时，通常会使用继承、接口、抽象类等技术

二、rust实现多态

trait的静态方式


trait Animal {
    fn make_sound(&self);
}
struct Cat {}

impl Animal for Cat {
    fn make_sound(&self) {
        println!("Meow");
    }
}
struct Dog {}

impl Animal for Dog {
    fn make_sound(&self) {
        println!("Woof");
    }
}


fn main() {
    let cat: Cat = Cat {};
    let dog: Dog = Dog {};
    test(cat);
    test(dog)
}
//接受Animal Trait类型的
fn test(animal : impl Animal){
    animal.make_sound()
}

定义了方法传入参数是trait。这一种在实例化的时候是具体的类型，在传参的时候编译器能推断出来具体是cat还是dog，能调用具体方法

还有一种方式可以通过动态分发，还以上面那段代码，比如

trait Animal {
    fn make_sound(&self);
}

struct Cat {}

impl Animal for Cat {
    fn make_sound(&self) {
        println!("Meow");
    }
}

struct Dog {}

impl Animal for Dog {
    fn make_sound(&self) {
        println!("Woof");
    }
}

fn main() {
    let cat: Box<dyn Animal> = Box::new(Cat {});
    let dog: Box<dyn Animal> = Box::new(Dog {});

    test(cat);
    test(dog)
}

fn test(animal: Box<dyn Animal>) {
    animal.make_sound()
}

这种方式相对于上面更加灵活，因为实例化参数变量类型是trait类型。现在说说关键点

dyn关键字

dyn关键字是在Rust中用于创建和使用动态分发的trait对象的关键字。trait对象允许我们以统一的方式处理不同类型的对象，并使用相同的方法调用语法。使用动态分发，编译器无需在编译时知道具体的类型，而是在运行时根据对象的实际类型来确定要调用的方法。要创建一个trait对象，需要在trait名称前加上dyn关键字。例如，对于名为TraitName的trait，我们可以使用dyn TraitName来创建一个trait对象。

trait TraitName {
    // trait定义
}

fn main() {
    let trait_obj: Box<dyn TraitName> = Box::new(ConcreteType);
    // 在这里使用trait对象
}

在上面的代码中，trait_obj是一个Box指向动态分发的trait对象的指针。它可以存储实现了TraitName trait的任何具体类型的对象。通过dyn关键字，我们可以在运行时根据实际类型来调用trait定义的方法。
这里要注意，trait对象通过指针或引用来操作，因此通常结合使用Box、&或&mut来创建和使用trait对象。为了在运行时确定对象的大小，我们需要将它们放置在一个固定大小的容器中。这就是为什么要使用Box来包装trait对象的原因。Box类型表示一个动态分发的trait对象。它在堆上分配一块内存，该内存用于存储对象的数据，并提供一个指向虚函数表（vtable）的指针，该表用于在运行时查找和调用正确的方法。
这种方式相对于静态方式会更加灵活，但会有运行时性能损失，看情况决定使用哪一种

泛型方式

use std::fmt::{Display, Formatter};

struct Cat {}

struct Dog {}

impl Display for Cat{
    fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
        write!(f,"Cat")
    }
}

impl Display for Dog{
    fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
        write!(f,"Dog")
    }
}

fn make_sound<T: Display>(animal: T) {
    println!("{}", animal);
}

fn main() {
    make_sound(Cat{});
    make_sound(Dog{});
}

通过在函数签名中使用泛型类型参数，函数可以接受不同类型的参数，并在编译时生成对应的具体化代码。这种方式不依赖于trait，而是基于类型推断和编译时的静态分发

枚举方式

还有一种方式是使用枚举方式，例如

enum Shape {
    Circle(f64),
    Square(f64),
    Rectangle(f64, f64),
}

impl Shape {
    fn area(&self) -> f64 {
        match *self {
            Shape::Circle(radius) => std::f64::consts::PI * radius * radius,
            Shape::Square(side_length) => side_length * side_length,
            Shape::Rectangle(length, width) => length * width,
        }
    }
}

fn main() {
    let circle = Shape::Circle(5.0);
    let square = Shape::Square(4.0);
    let rectangle = Shape::Rectangle(3.0, 6.0);

    test(circle);
    test(square);
    test(rectangle);
}

fn test(shape: Shape) {
    println!("shape area: {}", shape.area());
}

枚举在实现多态性方面有一些优点和缺点。以下是其中的一些：

优点：

简洁性：枚举提供了一种紧凑的方式来定义和组织具有不同变体的数据类型。它能够在一个地方集中描述和管理多种可能的状态或情况。
静态类型检查：由于枚举的变体是预先定义的，编译器可以在编译时验证变体的正确性。这可以帮助捕捉到潜在的错误，并提供类型安全性。
模式匹配：枚举与模式匹配相结合，可以使代码更具表达力和可读性。模式匹配可以根据具体的变体类型执行相应的逻辑，同时处理所有可能的情况，避免遗漏。

缺点：

限制的扩展性：当需要添加新的变体时，枚举需要进行修改。这可能涉及到修改已有的代码，以适应新的变体。这对于外部库或包的枚举类型来说尤其困难，因为无法直接修改其定义。
冗余的结构：枚举的每个变体都可以存储不同的数据结构，这可能会导致某些变体拥有与其他变体不相关的冗余数据。这可能会浪费内存空间，尤其是当只使用其中的一部分变体时。
灵活性的限制：枚举要求提前定义所有可能的变体。如果需要在运行时动态添加新的变体，或者处理不确定的类型集合，那么枚举可能不适合。