多态结构体的向量，具有特定trait中的关联类型

Question

我想了解如何使用带有关联类型的trait实现多态。考虑下面的trait：

trait Animal {
    fn talk (&self);
}

该特质被以下结构使用：

struct Dog;
struct Cow;

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

impl Animal for Cow {
    fn talk (&self) {
        println!("Moo");
    }
}

接下来我循环遍历一个 Vec<&Animal>，这里多态性能够很好地发挥作用：

fn main() {
    let animals: Vec<&Animal> = vec![&Dog, &Cow];
    for animal in &animals {
        animal.talk();
    }
}
// output:
// Woof
// Moo

目前为止，一切都很好。现在，我向特质中添加了一个相关联的类型Food（该类型未被使用，但仅用于最小限度的复制）。

struct Meat;
struct Herb;

trait Animal {
    type Food;
    ...
}
impl Animal for Dog {
    type Food = Meat;
    ...
}
impl Animal for Cow {
    type Food = Herb;
    ...
}

现在我遇到了错误：

error[E0191]: the value of the associated type `Food` (from trait `Animal`) must be specified
   --> src/main.rs:188:23
163 |     type Food;
    |     ---------- `Food` defined here
...
188 |     let animals: Vec<&Animal> = vec![&Dog, &Cow];
    |                       ^^^^^^ help: specify the associated type: `Animal<Food = Type>`

但在此情况下，我不能仅仅遵循错误消息，因为实现特质 Animal 的struct数量不应该是静态的。

那么解决这个问题的 Rust 方法是什么呢？提前致谢！

- Loheek

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你可能需要在你的trait中定义一个 enum Food { Meat, Herb } 和一个 fn food(&self) -> Food。 - eggyal

我仍在学习Rust，但我不认为我可以在这里将 Meat 和 Herb 转换为枚举。 这是一个最小的可复制示例，在实际情况中这些是非常复杂的结构体。 我的问题不是关于改编代码，而是关于在Rust中使用具有关联类型的多态向量的总体情况。 但也许我误解了你的回答。 - Loheek

我认为“食品”功能不在这个问题的范围内，问题是：多态性运作良好，我有一个“main”函数，在其中可以调用子类型的“talk()”函数，而无需复制/粘贴1435个动物类型名称。但是，如果特征具有关联类型（这不是我可以更改的内容），它将不再起作用。我希望保持这个“anything.talk()”，它调用了第一次工作的正确子类型函数。我会感到惊讶，如果没有办法做到这一点。 - Loheek

不，Food 确实是问题所在。而且，你一开始就没有多态性，因为 Animal 或者说 dyn Animal，正如编译器所告诉你的那样，是一个明确、具体的类型。当你给它添加了一个关联类型时，它变成了一个无限集合的 dyn Animal<Food = T> 类型。 - Ivan C

没有显式 dyn 的特质对象仍然可以在我的版本中使用。但是感谢您提醒我，这将被弃用。然而问题仍然存在，我无法删除关联类型，并且我想要一个唯一的 anything.talk()。因此，如果我理解正确，您是在告诉我在 Rust 中基本上不可能实现这一点。 - Loheek

Answer 1

&Animal 是代表 &dyn Animal。 dyn Animal 是一种特质对象类型，只有在给定的特质是对象安全时才存在。带有关联类型的特质不是对象安全的，因为dyn Animal无法实现Animal而不指定关联类型Food。¹

这是运行时多态性（特质对象）的固有局限性：您不知道具体的类型，因此无法确定其关联类型。²

如果要创建一个可以调用.talk()的向量，很容易就可以创建一个专门为此而创建的特质（playground）：

trait Talk {
    fn talk(&self);
}

impl<A: Animal> Talk for A {
    fn talk(&self) {
        Animal::talk(self);
    }
}

let animals: Vec<&dyn Talk> = vec![&Dog, &Cow];

您无法通过 &dyn Talk 写任何使用 Food 的代码，这正是问题所在： Food 依赖于具体类型，而您的向量包含多个具体类型。

另请参阅

• 为什么 trait 中的泛型方法需要 trait 对象大小？
• 什么使某个东西成为“trait 对象”？
• 无法创建多态类型，因为该 trait 无法成为对象

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¹ 您可以创建一个特质对象，其类型都具有相同的关联类型，例如 dyn Animal<Food = Herb>。这在 Iterator 中很常见，例如 Box<dyn Iterator<Item = i32>>。但是当 Animal 具有不同种类的 Food 时，它并不能解决问题。

² 通过编译时多态性（泛型），您可以编写适用于任何实现 Animal 的任何 Food 类型的代码。但是您无法将不同的编译时类型放入 Vec 中，因此也无法解决该问题。

- trent