有没有办法将泛型类型限制为几种类型之一？

Question

我正在尝试创建一个通用的结构体，其中使用“整数类型”引用数组。出于性能考虑，我希望能够轻松地指定是使用u16、u32还是u64。像这样（显然不是有效的Rust代码）：

struct Foo<T: u16 or u32 or u64> { ... }

有没有办法表达这个意思？

- Henning Koehler

Answer 1

通常情况下，将引用存储到数组中只需使用usize而不是其他整数类型。

但是，为了实现您想要的功能，您可以创建一个新的特征，将该特征实现为u16、u32和u64，然后将T限制为您的新特征。

pub trait MyNewTrait {}

impl MyNewTrait for u16 {}
impl MyNewTrait for u32 {}
impl MyNewTrait for u64 {}

struct Foo<T: MyNewTrait> { ... }

您可以在MyNewTrait上添加方法，以及impl来封装特定于u16、u32和u64的逻辑。

- Lukazoid

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是的，但这并不允许我像使用u16、u32或u64那样做任何事情 - 例如，我不能使用一个值来检索数组元素，比较两个值等等。 - Henning Koehler

你可以做到这一点，只需在trait级别上声明它。即：pub trait MyNewTrait: Add<Output = Self> + Mul<Output = Self> + ... {} - Matthieu M.

我想是可以的，但这很快就会变得乏味。而且，如果要引用到一个向量中，我需要将其转换为usize，对于可以添加、乘等任意类型来说，这似乎并不是很安全的。 - Henning Koehler

@HenningKoehler 你可以在你的结构体或特质上添加另一个特质限制，即 Into<usize>。可以是 T: MyNewTrait + Into<usize> 或 trait MyNewTrait : Into<usize>。 - Lukazoid

Answer 2

有时候，您可能希望使用枚举(enum)，而不是具有特质限定的通用类型。例如：

enum Unsigned {
    U16(u16),
    U32(u32),
    U64(u64),
}

struct Foo { x: Unsigned, ... };

创建新类型相较于为现有类型实现新特质的优点之一是，您可以为新类型添加外来特质和内在行为。您可以为“Unsigned”实现任何您喜欢的特质，例如“Add”，“Mul”等。当“Foo”包含一个“Unsigned”时，实现对“Unsigned”的特质不会像将它们作为“Foo”的参数限制（例如“Foo<T: Add<Output=Self> + PartialCmp + ...>”）那样影响“Foo”的签名。另一方面，您仍然必须实现每个特质。

另一个需要注意的事情是：虽然通常情况下您总是可以创建新类型并为其实现特质，但枚举是“封闭”的：您无法在不触及其余部分的情况下向“Unsigned”添加新类型，就像使用特质一样。这可能是好事或坏事，具体取决于您的设计需求。

“性能原因”有点模糊，但如果您考虑存储许多将全部是相同内部类型的“Unsigned”，并且这：

struct Foo([Unsigned; 1_000_000]);

如果存储一百万个u16会浪费大量空间，你仍然可以将Foo设置为通用类型！只需实现From<u16>、From<u32>和From<u64>来支持Unsigned，然后按照以下方式编写：

struct Foo<T: Into<Unsigned>>([T; 1_000_000]);

现在你只需要对 T 进行一个简单的特质约束，不必浪费空间来存储标签和填充，并且处理 T 的函数可以始终将其转换为 Unsigned 以进行计算。转换的成本甚至可以被完全优化掉。

参见：

• 我应该使用枚举来模拟多态还是使用带有 Box<trait> 的 trait？

- trent

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哦，太棒了。这正是我在找的哈哈。我没有意识到我可以以那种方式在枚举内部使用元组结构体，但现在我想一想，它确实非常有道理。 - Lazerbeak12345

只是补充一下，num crate已经为您完成了这项工作：https://docs.rs/num/latest/num/traits/trait.Unsigned.html - Anonyme2000