为什么不能将一个实现了特定trait的struct分配给该trait绑定

Question

我正在尝试理解Rust的多态性。从我的面向对象编程(OOP)背景来看，我期望以下Rust代码可以运行：

use std::io::{stdin, Read};

fn main() {
    let r: Read = stdin();
    println!("ok");
}

但实际上它并不会：

4 |     let r: Read = stdin();
  |                   ^^^^^^^ expected trait std::io::Read, found struct `std::io::Stdin`

我知道有一个适用于 StdIn 的 Read 实现，那么我该如何使其正常工作呢？换句话说，如何在需要使用 Read 的地方使用 Stdin、File 或者如果可能的话是 String（找不到它的实现）？

我认为我不能在这里使用泛型，因为我需要将实现了 Read 的 r 实例传递给后面的另一个方法，但如果我错了，请告诉我。

- Renato

Answer 1

你可能想在这里使用特质对象。你可以基本上用两种方式使用特质:

• 静态分派: fn foo<T: Trait>(x: T)。这意味着"对于一个任意的，但是固定的实现了Trait的T"。
• 动态分派: fn foo(x: &Trait)。这通过使用特质对象消除了第一种版本中的"但是固定"限制。

如果你想要一个变量，它既可以持有对Stdin或File或其他任何实现Read的东西的引用，那么你不能选择静态分派解决方案，因为你的实现类型不是固定的。

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那么你的变量类型是什么呢？Read？很遗憾，情况并不那么简单。特质对象是不定长的，不能直接在堆栈上使用。相反，您只能通过引用/指针与特质对象交互，例如&Read、&mut Read、Box<Read>等等。现在我们使用借用-东西，可能会遇到更多与此相关的问题。幸运的是，你不是第一个遇到这个问题的人：请参阅这个问题以详细了解这个特定用例。

简化一下，在大多数情况下，使用Box<Trait>是可以的。在您的情况下，它看起来像这样：

use std::io::{stdin, Read};

fn main() {
    let r: Box<Read> = Box::new(stdin());
    println!("ok");
}

- Lukas Kalbertodt

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我在考虑使用一个函数指针，指向Read::read方法，也许这样会更高效（并且对于字符串情况也适用）？ - Renato

@Renato，你需要一个指向适当具体类型的Read :: read实现的指针，以及一个指向该具体类型特定数据的指针。这将是两个指针，Rust将它们粘合在一起并调用fat pointer，而a trait object is that。在链接的重复项中，有一个使用trait object reference（&Read）的示例，这就是你所要求的。Box<Read>是一个boxed trait object。 - Shepmaster

Trait对象使用所谓的vtables来实现运行时多态。这些vtable包含指向所有trait方法的函数指针！因此，您不需要手动执行此操作。此外，LLVM知道vtable并可能执行优化。因此，鼓励使用trait对象。关于您的String问题：请使用Cursor<String>，它实现了Read。 - Lukas Kalbertodt

@Renato 即使现在有点跑题，但是请记住如何编写快速程序。1.正确性，2.测量，3.优化瓶颈。具体来说，这意味着：不要过早考虑微观优化。从文件或stdin准备可能比文件描述符的小堆分配要昂贵得多。关于Java风格的多态性：在编写Rust时尝试使用Java思维非常恼人，是的。但是不用担心，您很快就会习惯Rust的思维方式，然后一切都变得非常好和合理 :) - Lukas Kalbertodt

@Renato 说句实话，“Java风格的多态”并没有太大的区别：在Java中，每个对象都可能是一个引用，并且每个多态方法调用总是通过vtable进行。Java主要缺少的是&MyStruct（指向数据的指针）和&MyTrait（带有vtable的指向数据的指针）之间的区别。Rust只是让你更明确地处理额外的间接性。 - trent