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fe4421d054
commit
aea864bbb3
@ -2,21 +2,21 @@
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> [ch17-02-trait-objects.md](https://github.com/rust-lang/book/blob/master/src/ch17-02-trait-objects.md)
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> commit 1fedfc4b96c2017f64ecfcf41a0a07e2e815f24f
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> commit 426f3e4ec17e539ae9905ba559411169d303a031
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在第八章中,我们谈到了 vector 只能存储同种类型元素的局限。示例 8-10 中提供了一个定义 `SpreadsheetCell` 枚举来储存整型,浮点型和文本成员的替代方案。这意味着可以在每个单元中储存不同类型的数据,并仍能拥有一个代表一排单元的 vector。这在当编译代码时就知道希望可以交替使用的类型为固定集合的情况下是完全可行的。
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然而有时,我们希望库用户在特定情况下能够扩展有效的类型集合。为了展示如何实现这一点,这里将创建一个图形用户接口(Graphical User Interface, GUI)工具的例子,其它通过遍历列表并调用每一个项目的 `draw` 方法来将其绘制到屏幕上 —— 此乃一个 GUI 工具的常见技术。我们将要创建一个叫做 `gui` 的库 crate,它含一个 GUI 库的结构。这个 GUI 库包含一些可供开发者使用的类型,比如 `Button` 或 `TextField`。在此之上,`gui` 的用户希望创建自定义的可以绘制于屏幕上的类型:比如,一个程序员可能会增加 `Image`,另一个可能会增加 `SelectBox`。
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然而有时,我们希望库用户在特定情况下能够扩展有效的类型集合。为了展示如何实现这一点,这里将创建一个图形用户接口(Graphical User Interface, GUI)工具的例子,它通过遍历列表并调用每一个项目的 `draw` 方法来将其绘制到屏幕上 —— 此乃一个 GUI 工具的常见技术。我们将要创建一个叫做 `gui` 的库 crate,它含一个 GUI 库的结构。这个 GUI 库包含一些可供开发者使用的类型,比如 `Button` 或 `TextField`。在此之上,`gui` 的用户希望创建自定义的可以绘制于屏幕上的类型:比如,一个程序员可能会增加 `Image`,另一个可能会增加 `SelectBox`。
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这个例子中并不会实现一个功能完善的 GUI 库,不过会展示其中各个部分是如何结合在一起的。编写库的时候,我们不可能知晓并定义所有其他程序员希望创建的类型。我们所知晓的是 `gui` 需要记录一系列不同类型的值,并需要能够对其中每一个值调用 `draw` 方法。这里无需知道调用 `draw` 方法时具体会发生什么,只需提供可供这些值调用的方法即可。
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这个例子中并不会实现一个功能完善的 GUI 库,不过会展示其中各个部分是如何结合在一起的。编写库的时候,我们不可能知晓并定义所有其他程序员希望创建的类型。我们所知晓的是 `gui` 需要记录一系列不同类型的值,并需要能够对其中每一个值调用 `draw` 方法。这里无需知道调用 `draw` 方法时具体会发生什么,只要该值会有那个方法可供我们调用。
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在拥有继承的语言中,可以定义一个名为 `Component` 的类,该类上有一个 `draw` 方法。其他的类比如 `Button`、`Image` 和 `SelectBox` 会从 `Component` 派生并因此继承 `draw` 方法。它们各自都可以覆盖 `draw` 方法来定义自己的行为,但是框架会把所有这些类型当作是 `Component` 的实例,并在其上调用 `draw`。不过 Rust 并没有继承,我们得另寻出路。
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### 定义通用行为的 trait
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为了实现 `gui` 所期望拥有的行为,定义一个 `Draw` trait,其包含名为 `draw` 的方法。接着可以定义一个存放 **trait 对象**(*trait object*) 的 vector。trait 对象指向一个实现了我们指定 trait 的类型实例。我们通过指定某些指针,比如 `&` 引用或 `Box<T>` 智能指针,接着指定相关的 trait(第十九章 “动态大小类型” 部分会介绍 trait 对象必须使用指针的原因)。我们可以使用 trait 对象代替泛型或具体类型。任何使用 trait 对象的位置,Rust 的类型系统会在编译时确保任何在此上下文中使用的值会实现其 trait 对象的 trait。如此便无需在编译时就知晓所有可能的类型。
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为了实现 `gui` 所期望拥有的行为,定义一个 `Draw` trait,其包含名为 `draw` 的方法。接着可以定义一个存放 **trait 对象**(*trait object*) 的 vector。trait 对象指向一个实现了我们指定 trait 的类型的实例,以及一个用于在运行时查找该类型的trait方法的表。我们通过指定某种指针来创建 trait 对象,例如 `&` 引用或 `Box<T>` 智能指针,还有 `dyn` keyword, 以及指定相关的 trait(第十九章 “动态大小类型和`Sized` Trait” 部分会介绍 trait 对象必须使用指针的原因)。我们可以使用 trait 对象代替泛型或具体类型。任何使用 trait 对象的位置,Rust 的类型系统会在编译时确保任何在此上下文中使用的值会实现其 trait 对象的 trait。如此便无需在编译时就知晓所有可能的类型。
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之前提到过,Rust 刻意不将结构体与枚举称为 “对象”,以便与其他语言中的对象相区别。在结构体或枚举中,结构体字段中的数据和 `impl` 块中的行为是分开的,不同于其他语言中将数据和行为组合进一个称为对象的概念中。trait 对象将数据和行为两者相结合,从这种意义上说 **则** 其更类似其他语言中的对象。不过 trait 对象不同于传统的对象,因为不能向 trait 对象增加数据。trait 对象并不像其他语言中的对象那么通用:其(trait 对象)具体的作用是允许对通用行为的抽象。
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之前提到过,Rust 刻意不将结构体与枚举称为 “对象”,以便与其他语言中的对象相区别。在结构体或枚举中,结构体字段中的数据和 `impl` 块中的行为是分开的,不同于其他语言中将数据和行为组合进一个称为对象的概念中。trait 对象将数据和行为两者相结合,从这种意义上说 **则** 其更类似其他语言中的对象。不过 trait 对象不同于传统的对象,因为不能向 trait 对象增加数据。trait 对象并不像其他语言中的对象那么通用:其(trait 对象)具体的作用是允许对通用行为进行抽象。
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示例 17-3 展示了如何定义一个带有 `draw` 方法的 trait `Draw`:
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@ -30,7 +30,7 @@ pub trait Draw {
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<span class="caption">示例 17-3:`Draw` trait 的定义</span>
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因为第十章已经讨论过如何定义 trait,其语法看起来应该比较眼熟。接下来就是新内容了:实例 17-4 定义了一个存放了名叫 `components` 的 vector 的结构体 `Screen`。这个 vector 的类型是 `Box<Draw>`,此为一个 trait 对象:它是 `Box` 中任何实现了 `Draw` trait 的类型的替身。
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因为第十章已经讨论过如何定义 trait,其语法看起来应该比较眼熟。接下来就是新内容了:实例 17-4 定义了一个存放了名叫 `components` 的 vector 的结构体 `Screen`。这个 vector 的类型是 `Box<dyn Draw>`,此为一个 trait 对象:它是 `Box` 中任何实现了 `Draw` trait 的类型的替身。
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<span class="filename">文件名: src/lib.rs</span>
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@ -97,7 +97,7 @@ impl<T> Screen<T>
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这限制了 `Screen` 实例必须拥有一个全是 `Button` 类型或者全是 `TextField` 类型的组件列表。如果只需要同质(相同类型)集合,则倾向于使用泛型和 trait bound,因为其定义会在编译时采用具体类型进行单态化。
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另一方面,通过使用 trait 对象的方法,一个 `Screen` 实例可以存放一个既能包含 `Box<Button>`,也能包含 `Box<TextField>` 的 `Vec`。让我们看看它是如何工作的,接着会讲到其运行时性能影响。
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另一方面,通过使用 trait 对象的方法,一个 `Screen` 实例可以存放一个既能包含 `Box<Button>`,也能包含 `Box<TextField>` 的 `Vec<T>`。让我们看看它是如何工作的,接着会讲到其运行时性能影响。
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### 实现 trait
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@ -184,7 +184,7 @@ fn main() {
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当编写库的时候,我们不知道何人会在何时增加 `SelectBox` 类型,不过 `Screen` 的实现能够操作并绘制这个新类型,因为 `SelectBox` 实现了 `Draw` trait,这意味着它实现了 `draw` 方法。
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这个概念 —— 只关心值所反映的信息而不是其具体类型 —— 类似于动态类型语言中称为 **鸭子类型**(*duck typing*)的概念:如果它走起来像一只鸭子,叫起来像一只鸭子,那么它就是一只鸭子!在示例 17-5 中 `Screen` 上的 `run` 实现中,`run` 并不需要知道各个组件的具体类型是什么。它并不检查组件是 `Button` 或者 `SelectBox` 的实例。通过指定 `Box<Draw>` 作为 `components` vector 中值的类型,我们就定义了 `Screen` 需要可以在其上调用 `draw` 方法的值。
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这个概念 —— 只关心值所反映的信息而不是其具体类型 —— 类似于动态类型语言中称为 **鸭子类型**(*duck typing*)的概念:如果它走起来像一只鸭子,叫起来像一只鸭子,那么它就是一只鸭子!在示例 17-5 中 `Screen` 上的 `run` 实现中,`run` 并不需要知道各个组件的具体类型是什么。它并不检查组件是 `Button` 或者 `SelectBox` 的实例。通过指定 `Box<Draw>` 作为 `components` vector 中值的类型,我们就定义了 `Screen` 为需要可以在其上调用 `draw` 方法的值。
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使用 trait 对象和 Rust 类型系统来进行类似鸭子类型操作的优势是无需在运行时检查一个值是否实现了特定方法或者担心在调用时因为值没有实现方法而产生错误。如果值没有实现 trait 对象所需的 trait 则 Rust 不会编译这些代码。
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@ -246,7 +246,7 @@ pub trait Clone {
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}
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`String` 实现了 `Clone` trait,当在 `String` 实例上调用 `clone` 方法时会得到一个 `String` 实例。类似的,当调用 `Vec` 实例的 `clone` 方法会得到一个 `Vec` 实例。`clone` 的签名需要知道什么类型会代替 `Self`,因为这是它的返回值。
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`String` 实现了 `Clone` trait,当在 `String` 实例上调用 `clone` 方法时会得到一个 `String` 实例。类似的,当调用 `Vec<T>` 实例的 `clone` 方法会得到一个 `Vec<T>` 实例。`clone` 的签名需要知道什么类型会代替 `Self`,因为这是它的返回值。
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如果尝试做一些违反有关 trait 对象的对象安全规则的事情,编译器会提示你。例如,如果尝试实现示例 17-4 中的 `Screen` 结构体来存放实现了 `Clone` trait 而不是 `Draw` trait 的类型,像这样:
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