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方法语法
ch05-03-method-syntax.md
commit d339373a838fd312a8a9bcc9487e1ffbc9e1582f
方法(method)与函数类似:它们使用 fn
关键字和名称声明,可以拥有参数和返回值,同时包含在某处调用该方法时会执行的代码。不过方法与函数是不同的,因为它们在结构体的上下文中被定义(或者是枚举或 trait 对象的上下文,将分别在第六章和第十八章讲解),并且它们第一个参数总是 self
,它代表调用该方法的结构体实例。
定义方法
让我们把前面实现的获取一个 Rectangle
实例作为参数的 area
函数,改写成一个定义于 Rectangle
结构体上的 area
方法,如示例 5-13 所示:
文件名:src/main.rs
{{#rustdoc_include ../listings/ch05-using-structs-to-structure-related-data/listing-05-13/src/main.rs}}
示例 5-13:在 Rectangle
结构体上定义 area
方法
为了使函数定义于 Rectangle
的上下文中,我们开始了一个 impl
块(impl
是 implementation 的缩写),这个 impl
块中的所有内容都将与 Rectangle
类型相关联。接着将 area
函数移动到 impl
大括号中,并将签名中的第一个(在这里也是唯一一个)参数和函数体中其他地方的对应参数改成 self
。然后在 main
中将我们先前调用 area
方法并传递 rect1
作为参数的地方,改成使用 方法语法(method syntax)在 Rectangle
实例上调用 area
方法。方法语法获取一个实例并加上一个点号,后跟方法名、圆括号以及任何参数。
在 area
的签名中,使用 &self
来替代 rectangle: &Rectangle
,&self
实际上是 self: &Self
的缩写。在一个 impl
块中,Self
类型是 impl
块的类型的别名。方法的第一个参数必须有一个名为 self
的Self
类型的参数,所以 Rust 让你在第一个参数位置上只用 self
这个名字来简化。注意,我们仍然需要在 self
前面使用 &
来表示这个方法借用了 Self
实例,就像我们在 rectangle: &Rectangle
中做的那样。方法可以选择获得 self
的所有权,或者像我们这里一样不可变地借用 self
,或者可变地借用 self
,就跟其他参数一样。
这里选择 &self
的理由跟在函数版本中使用 &Rectangle
是相同的:我们并不想获取所有权,只希望能够读取结构体中的数据,而不是写入。如果想要在方法中改变调用方法的实例,需要将第一个参数改为 &mut self
。通过仅仅使用 self
作为第一个参数来使方法获取实例的所有权是很少见的;这种技术通常用在当方法将 self
转换成别的实例的时候,这时我们想要防止调用者在转换之后使用原始的实例。
使用方法替代函数,除了可使用方法语法和不需要在每个函数签名中重复 self
的类型之外,其主要好处在于组织性。我们将某个类型实例能做的所有事情都一起放入 impl
块中,而不是让将来的用户在我们的库中到处寻找 Rectangle
的功能。
请注意,我们可以选择将方法的名称与结构中的一个字段相同。例如,我们可以在 Rectangle
上定义一个方法,并命名为 width
:
文件名:src/main.rs
{{#rustdoc_include ../listings/ch05-using-structs-to-structure-related-data/no-listing-06-method-field-interaction/src/main.rs:here}}
在这里,我们选择让 width
方法在实例的 width
字段的值大于 0
时返回 true
,等于 0
时则返回 false
:我们可以出于任何目的,在同名的方法中使用同名的字段。在 main
中,当我们在 rect1.width
后面加上括号时。Rust 知道我们指的是方法 width
。当我们不使用圆括号时,Rust 知道我们指的是字段 width
。
通常,但并不总是如此,与字段同名的方法将被定义为只返回字段中的值,而不做其他事情。这样的方法被称为 getters,Rust 并不像其他一些语言那样为结构字段自动实现它们。Getters 很有用,因为你可以把字段变成私有的,但方法是公共的,这样就可以把对字段的只读访问作为该类型公共 API 的一部分。我们将在第七章中讨论什么是公有和私有,以及如何将一个字段或方法指定为公有或私有。
->
运算符到哪去了?在 C/C++ 语言中,有两个不同的运算符来调用方法:
.
直接在对象上调用方法,而->
在一个对象的指针上调用方法,这时需要先解引用(dereference)指针。换句话说,如果object
是一个指针,那么object->something()
就像(*object).something()
一样。Rust 并没有一个与
->
等效的运算符;相反,Rust 有一个叫 自动引用和解引用(automatic referencing and dereferencing)的功能。方法调用是 Rust 中少数几个拥有这种行为的地方。它是这样工作的:当使用
object.something()
调用方法时,Rust 会自动为object
添加&
、&mut
或*
以便使object
与方法签名匹配。也就是说,这些代码是等价的:# #[derive(Debug,Copy,Clone)] # struct Point { # x: f64, # y: f64, # } # # impl Point { # fn distance(&self, other: &Point) -> f64 { # let x_squared = f64::powi(other.x - self.x, 2); # let y_squared = f64::powi(other.y - self.y, 2); # # f64::sqrt(x_squared + y_squared) # } # } # let p1 = Point { x: 0.0, y: 0.0 }; # let p2 = Point { x: 5.0, y: 6.5 }; p1.distance(&p2); (&p1).distance(&p2);
第一行看起来简洁的多。这种自动引用的行为之所以有效,是因为方法有一个明确的接收者————
self
的类型。在给出接收者和方法名的前提下,Rust 可以明确地计算出方法是仅仅读取(&self
),做出修改(&mut self
)或者是获取所有权(self
)。事实上,Rust 对方法接收者的隐式借用让所有权在实践中更友好。
带有更多参数的方法
让我们通过实现 Rectangle
结构体上的另一方法来练习使用方法。这回,我们让一个 Rectangle
的实例获取另一个 Rectangle
实例,如果 self
(第一个 Rectangle
)能完全包含第二个长方形则返回 true
;否则返回 false
。一旦我们定义了 can_hold
方法,就可以编写示例 5-14 中的代码。
文件名:src/main.rs
{{#rustdoc_include ../listings/ch05-using-structs-to-structure-related-data/listing-05-14/src/main.rs}}
示例 5-14:使用还未实现的 can_hold
方法
同时我们希望看到如下输出,因为 rect2
的两个维度都小于 rect1
,而 rect3
比 rect1
要宽:
Can rect1 hold rect2? true
Can rect1 hold rect3? false
因为我们想定义一个方法,所以它应该位于 impl Rectangle
块中。方法名是 can_hold
,并且它会获取另一个 Rectangle
的不可变借用作为参数。通过观察调用方法的代码可以看出参数是什么类型的:rect1.can_hold(&rect2)
传入了 &rect2
,它是一个 Rectangle
的实例 rect2
的不可变借用。这是可以理解的,因为我们只需要读取 rect2
(而不是写入,这意味着我们需要一个不可变借用),而且希望 main
保持 rect2
的所有权,这样就可以在调用这个方法后继续使用它。can_hold
的返回值是一个布尔值,其实现会分别检查 self
的宽高是否都大于另一个 Rectangle
。让我们在示例 5-13 的 impl
块中增加这个新的 can_hold
方法,如示例 5-15 所示:
文件名:src/main.rs
{{#rustdoc_include ../listings/ch05-using-structs-to-structure-related-data/listing-05-15/src/main.rs:here}}
示例 5-15:在 Rectangle
上实现 can_hold
方法,它获取另一个 Rectangle
实例作为参数
如果结合示例 5-14 的 main
函数来运行,就会看到期望的输出。在方法签名中,可以在 self
后增加多个参数,而且这些参数就像函数中的参数一样工作。
关联函数
所有在 impl
块中定义的函数被称为 关联函数(associated functions),因为它们与 impl
后面命名的类型相关。我们可以定义不以 self
为第一参数的关联函数(因此不是方法),因为它们并不作用于一个结构体的实例。我们已经使用了一个这样的函数:在 String
类型上定义的 String::from
函数。
不是方法的关联函数经常被用作返回一个结构体新实例的构造函数。这些函数的名称通常为 new
,但 new
并不是一个关键字。例如我们可以提供一个叫做 square
关联函数,它接受一个维度参数并且同时作为宽和高,这样可以更轻松的创建一个正方形 Rectangle
而不必指定两次同样的值:
文件名:src/main.rs
{{#rustdoc_include ../listings/ch05-using-structs-to-structure-related-data/no-listing-03-associated-functions/src/main.rs:here}}
关键字 Self
在函数的返回类型中代指在 impl
关键字后出现的类型,在这里是 Rectangle
使用结构体名和 ::
语法来调用这个关联函数:比如 let sq = Rectangle::square(3);
。这个函数位于结构体的命名空间中:::
语法用于关联函数和模块创建的命名空间。第七章会讲到模块。
多个 impl
块
每个结构体都允许拥有多个 impl
块。例如,示例 5-16 中的代码等同于示例 5-15,但每个方法有其自己的 impl
块。
{{#rustdoc_include ../listings/ch05-using-structs-to-structure-related-data/listing-05-16/src/main.rs:here}}
示例 5-16:使用多个 impl
块重写示例 5-15
这里没有理由将这些方法分散在多个 impl
块中,不过这是有效的语法。第十章讨论泛型和 trait 时会看到实用的多 impl
块的用例。
总结
结构体让你可以创建出在你的领域中有意义的自定义类型。通过结构体,我们可以将相关联的数据片段联系起来并命名它们,这样可以使得代码更加清晰。在 impl
块中,你可以定义与你的类型相关联的函数,而方法是一种相关联的函数,让你指定结构体的实例所具有的行为。
但结构体并不是创建自定义类型的唯一方法:让我们转向 Rust 的枚举功能,为你的工具箱再添一个工具。