如何为结构体引用实现Add trait？

Question

如何为结构体引用实现Add trait？

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我创建了一个由两个元素组成的Vector结构体，并且想要重载+运算符。

我让所有的函数和方法都采用引用而不是值，同时希望+运算符也能以同样的方式工作。

impl Add for Vector {
    fn add(&self, other: &Vector) -> Vector {
        Vector {
            x: self.x + other.x,
            y: self.y + other.y,
        }
    }
}

根据我尝试的不同变体，我要么遇到终身问题，要么遇到类型不匹配。具体来说，`&self`参数似乎没有被视为正确的类型。

我看到了一些在`impl`和`Add`上使用模板参数的示例，但它们只会导致不同的错误。

我发现如何为不同的RHS类型和返回值重载运算符？但是即使我在顶部放置了use std :: ops :: Mul;，答案中的代码也无效。

我正在使用rustc 1.0.0-nightly（ed530d7a3 2015-01-16 22:41:16 +0000）

我不会接受“你只有两个字段，为什么使用引用”作为答案；如果我想要一个100个元素的结构体呢？如果情况确实如此（我不认为是这样），我将接受证明即使有一个大结构体，我应该通过值传递的答案。我对于结构体大小和按值传递与结构体的良好经验法则感兴趣，但这不是当前的问题。

- Jeremy Sorensen

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“如果我想要一个有100个元素的结构体怎么办” - Rust使用优化技术，如RVO，在适当时自动使用引用并作出更好的选择。 - Shepmaster

@Shepmaster：RVO 只会影响返回值，我通过值返回它。你能指出任何关于大结构体特征应该通过值实现的文档吗？ - Jeremy Sorensen

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我所知道的最好文档是有关返回指针的书籍章节。然而，我创建了一个添加大型结构体的示例，并检查了生成的LLVM（稍微清理了一下）：(%struct.Big* sret, %struct.Big*, %struct.Big*)。我不自称是LLVM专家，但这看起来像是它自动通过引用进行接收和返回。 - Shepmaster

2

文档也提到了返回值，我认为它不应该是一个引用。事实上，该文档曾经说过除非你需要，否则不要使用指针作为输入参数，但这实际上已经被删除了。此外，我把你的例子改成了引用传递，并发现它移除了两个分配(%arg7 = alloca %struct.Big, align 8 and %arg8 = alloca %struct.Big, align 8)，因此至少对于大型结构体而言，引用更好。 - Jeremy Sorensen

2

我应该指出，我对LLVM的了解比任何人都少，因此我的解释可能是错误的。另外，使用引用进行运算符重载的一个明显劣势是，如果你恰好没有引用，let c = (&a) + (&b);会非常麻烦。 - Jeremy Sorensen

2个回答

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如果要支持所有场景，必须支持所有组合：

&T op U
T op &U
&T op &U
T op U

在rust proper中，这是通过一个内部宏来完成的。

幸运的是，有一个rust crate叫做impl_ops，提供了一个宏来为我们编写这个样板代码：该crate提供了impl_op_ex!宏，可以生成所有的组合。

这是他们的示例：

#[macro_use] extern crate impl_ops;
use std::ops;

impl_op_ex!(+ |a: &DonkeyKong, b: &DonkeyKong| -> i32 { a.bananas + b.bananas });

fn main() {
    let total_bananas = &DonkeyKong::new(2) + &DonkeyKong::new(4);
    assert_eq!(6, total_bananas);
    let total_bananas = &DonkeyKong::new(2) + DonkeyKong::new(4);
    assert_eq!(6, total_bananas);
    let total_bananas = DonkeyKong::new(2) + &DonkeyKong::new(4);
    assert_eq!(6, total_bananas);
    let total_bananas = DonkeyKong::new(2) + DonkeyKong::new(4);
    assert_eq!(6, total_bananas);
}

更好的是，它们拥有一个实现了 impl_op_ex_commutative 的功能！如果您的运算符是可交换的，它还会生成带有反转参数的运算符。

- Emmanuel Touzery

看起来像是相当过时的箱子：哦，现在有类似的箱子吗？ - David 天宇 Wong

看起来像是相当过时的货箱：o 现在有类似的货箱吗？ - undefined

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好的观点。我在他们的GitHub页面上看到：“注意：这个crate是稳定的，但不会再添加新功能。要获取更更新的版本，请参见auto_ops。”：https://github.com/carbotaniuman/auto_ops。那个也没有最近更新，但毕竟，有一种叫做“完成”的库。 - Emmanuel Touzery

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可以查看英文原文，
原文链接

- Francis Gagné · Accepted Answer

您需要在&Vector上实现Add，而不是在Vector上实现。

impl<'a, 'b> Add<&'b Vector> for &'a Vector {
    type Output = Vector;

    fn add(self, other: &'b Vector) -> Vector {
        Vector {
            x: self.x + other.x,
            y: self.y + other.y,
        }
    }
}

在其定义中，Add :: add 始终按值获取 self 。但是，引用和其他类型一样也可以实现特征。当在引用类型上实现特征时，self 的类型是一个引用；该引用按值传递。通常，在Rust中按值传递意味着转移所有权，但是当引用按值传递时，它们只是被复制（如果是可变引用，则重新借用/移动），并且这不会转移被引用物的所有权（因为引用首先没有拥有其所引用的物）。考虑到所有这些，让 Add :: add （以及许多其他操作符）通过值接收self 是有道理的：如果您需要占有操作数，则可以直接在结构/枚举上实现 Add ，如果不需要，则可以在引用上实现 Add 。

这里， self 的类型是&'a Vector，因为这是我们正在实现 Add 的类型。

请注意，我还使用不同的生命周期指定了 RHS 类型参数，以强调两个输入参数的生命周期无关。

¹实际上，引用类型很特殊，因为您可以为对在您的crate中定义的类型的引用实现特征（即，如果您被允许为 T 实现特征，则您也被允许为& T实现它）。& mut T和 Box <T>具有相同的行为，但是对于不在同一crate中定义的 U<T>来说通常并非如此。