如何在我不拥有的类型上实现我不拥有的特质？

Question

我想为Vec实现Shl特质，下面是代码。这将使得像vec << 4这样的操作成为可能，这对于vec.push(4)来说是不错的语法糖。

use std::ops::Shl;

impl<T> Shl<T> for Vec<T> {
    type Output = Vec<T>;

    fn shl(&self, elem: &T) -> Vec<T> {
        self.push(*elem);
        *self
    }
}

fn main() {
    let v = vec![1, 2, 3];
    v << 4;
}

编译出现以下错误：

无法在此包中未定义特质和类型的情况下提供扩展实现[E0117]

或者

类型参数T必须用作某些本地类型（例如MyStruct ）的类型参数；只有在当前包中定义的特质才能为类型参数实现[E0210]

据我所知，我必须打补丁到stdlib，更具体地说是collections :: vec包。是否有其他方法可以更改此代码以成功编译？

- le_me

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这是出于设计而不可能的。 - A.B.

Answer 1

虽然您无法直接这样做，但通常的解决方法是只需将您想要的类型包装在自己的类型中，并在该类型上实现trait。

use somecrate::FooType;
use somecrate::BarTrait;

struct MyType(FooType);

impl BarTrait for MyType {
    fn bar(&self) {
        // use `self.0` here
    }
}

- Luqman

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附录：实现 Deref trait 以避免每次输入 <MyType>.0.foo（意思是建议实现 Deref trait，这样就可以通过解引用操作符 * 来代替每次输入 <MyType>.0.foo） - Dev Aggarwal

这种方法在2020年仍然有效吗？ - max

@max 是的。这个“限制”是使Rust成为一种好语言的核心因素之一。因此，它在2020年仍然有效，并且在Rust 1版本中可能永远有效。 - S.R

这种使用结构体的方法是否比使用命名字段更好？ - Christian Bongiorno

@ChristianBongiorno 我认为元组结构更加简洁，更明显地表明它意图成为一个新类型，而不是具有命名字段的情况。 - Jeremy Meadows

请参阅https://stackoverflow.com/q/45086595，了解新类型是否应该实现`Deref` - undefined

Answer 2

这将使vec << 4等类似的操作成为可能，这对于vec.push(4)来说是非常方便的语法糖。

虽然这是可以实现的，但通常不建议使用具有意外语义的运算符重载。这引起了批评。

以下是一个示例：

use std::ops::Shl;

struct BadVec<T>(Vec<T>);

impl<T> Shl<T> for BadVec<T> {
    type Output = BadVec<T>;

    fn shl(mut self, elem: T) -> Self::Output {
        self.0.push(elem);
        self
    }
}

fn main() {
    let mut v = BadVec(vec![1, 2, 3]);
    v = v << 4;
    assert_eq!(vec![1, 2, 3, 4], v.0)
}

如果你实现了 Deref (DerefMut)：

use std::ops::{Deref, DerefMut};

impl<T> Deref for BadVec<T> {
    type Target = Vec<T>;

    fn deref(&self) -> &Self::Target {
        &self.0
    }
}

impl<T> DerefMut for BadVec<T> {
    fn deref_mut(&mut self) -> &mut Self::Target {
        &mut self.0
    }
}

您可以调用 Vec 方法：

fn main() {
    let mut v = BadVec(vec![1, 2, 3]);
    v = v << 4;
    v.truncate(2);
    assert_eq!(2, v.len());
}

请查看newtype_derive装箱枚举派生库，它可以为你生成一些样板代码。

- malbarbo

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官方文档中有一条信息提示：“为智能指针实现Deref使得访问其背后的数据变得方便，这也是它们实现Deref的原因。另一方面，关于Deref和DerefMut的规则是专门设计用来适应智能指针的。因此，只应该为智能指针实现Deref以避免混淆。” https://doc.rust-lang.org/stable/std/ops/trait.Deref.html - Tim Abell

Answer 3

这是有意禁止的，被称为孤儿规则。它是为了保证特质的一致性。根据孤儿规则，你不能为一个结构体提供特质实现，除非你是定义该结构体的创建者或定义该特质的创建者。如果你能够达到你所要求的，我们将会出现冲突的实现。

不过，有一些变通方法，最常见的是新类型模式。在新类型模式中，我们在本地结构体中包装外部类型，并通过这个包装器来实现所需的方法。

// External struct
use foo::Foo;

// Create a new type.
pub struct Bar(Foo);

// Provide your own implementations
impl Bar {
    pub fn new() -> Self {
        //..
    }
}

了解更多信息，请查看以下参考资料：

• Nicko的博客文章：Little Orphan Impls
• Chalk Book: 一致性
• Rust 设计模式: Newtype
• Rust Book: 使用 Newtype 模式在外部类型上实现外部特性
• Youtube视频：GPU 光栅化，孤儿规则和火箭

- snnsnn