泛型、特征和生命周期

每种编程语言都有工具来有效地处理概念的重复。在 Rust 中，其中一种工具是泛型：具体类型或其他属性的抽象占位符。我们可以表达泛型的行为或它们与其他泛型的关系，而无需知道在编译和运行代码时它们的位置是什么。

函数可以接受某些泛型类型的参数，而不是像 i32 或 String 这样的具体类型，就像它们接受具有未知值的参数以在多个具体值上运行相同的代码一样。实际上，我们已经在第 6 章的 Option<T>、第 8 章的 Vec<T> 和 HashMap<K, V> 以及第 9 章的 Result<T, E> 中使用了泛型。在本章中，您将探索如何使用泛型定义自己的类型、函数和方法！

首先，我们将回顾如何提取函数以减少代码重复。然后，我们将使用相同的技术，从两个仅参数类型不同的函数中创建一个泛型函数。我们还将解释如何在结构体和枚举定义中使用泛型类型。

然后，您将学习如何使用特征以泛型方式定义行为。您可以将特征与泛型类型结合使用，以约束泛型类型仅接受具有特定行为的类型，而不是仅接受任何类型。

最后，我们将讨论生命周期：一种泛型，它为编译器提供有关引用之间如何关联的信息。生命周期使我们能够为编译器提供足够多的关于借用值的信息，以便它可以确保引用在更多情况下有效，而没有我们的帮助则无法做到这一点。

通过提取函数来消除重复

泛型允许我们用代表多种类型的占位符替换特定类型，从而消除代码重复。在深入研究泛型语法之前，让我们首先看看如何在不涉及泛型类型的情况下消除重复，方法是提取一个函数，该函数用代表多个值的占位符替换特定值。然后，我们将应用相同的技术来提取泛型函数！通过查看如何识别可以提取到函数中的重复代码，您将开始识别可以使用泛型的重复代码。

我们将从清单 10-1 中的简短程序开始，该程序查找列表中的最大数字。

文件名：src/main.rs


fn main() {
    let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];

    let mut largest = &number_list[0];

    for number in &number_list {
        if number > largest {
            largest = number;
        }
    }

    println!("The largest number is {largest}");
    assert_eq!(*largest, 100);
}

清单 10-1：查找数字列表中的最大数字

我们将整数列表存储在变量 number_list 中，并将列表中第一个数字的引用放在名为 largest 的变量中。然后，我们遍历列表中的所有数字，如果当前数字大于存储在 largest 中的数字，则替换该变量中的引用。但是，如果当前数字小于或等于目前为止看到的最大数字，则变量不会更改，代码会继续处理列表中的下一个数字。在考虑列表中的所有数字之后，largest 应该引用最大的数字，在本例中是 100。

现在，我们的任务是在两个不同的数字列表中查找最大的数字。为此，我们可以选择复制清单 10-1 中的代码，并在程序中的两个不同位置使用相同的逻辑，如清单 10-2 所示。

文件名：src/main.rs


fn main() {
    let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];

    let mut largest = &number_list[0];

    for number in &number_list {
        if number > largest {
            largest = number;
        }
    }

    println!("The largest number is {largest}");

    let number_list = vec![102, 34, 6000, 89, 54, 2, 43, 8];

    let mut largest = &number_list[0];

    for number in &number_list {
        if number > largest {
            largest = number;
        }
    }

    println!("The largest number is {largest}");
}

清单 10-2：在两个数字列表中查找最大数字的代码

虽然这段代码有效，但复制代码既繁琐又容易出错。当我们想要更改代码时，我们还必须记住在多个位置更新代码。

为了消除这种重复，我们将通过定义一个对作为参数传入的任何整数列表进行操作的函数来创建抽象。此解决方案使我们的代码更清晰，并使我们能够抽象地表达在列表中查找最大数字的概念。

在清单 10-3 中，我们将查找最大数字的代码提取到一个名为 largest 的函数中。然后，我们调用该函数以查找清单 10-2 中两个列表中的最大数字。我们也可以在将来可能拥有的任何其他 i32 值列表上使用该函数。

文件名：src/main.rs


fn largest(list: &[i32]) -> &i32 {
    let mut largest = &list[0];

    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }

    largest
}

fn main() {
    let number_list = vec![34, 50, 25, 100, 65];

    let result = largest(&number_list);
    println!("The largest number is {result}");
    assert_eq!(*result, 100);

    let number_list = vec![102, 34, 6000, 89, 54, 2, 43, 8];

    let result = largest(&number_list);
    println!("The largest number is {result}");
    assert_eq!(*result, 6000);
}

清单 10-3：抽象代码，用于查找两个列表中的最大数字

largest 函数有一个名为 list 的参数，它代表我们可能传入函数的任何具体的 i32 值切片。因此，当我们调用该函数时，代码会在我们传入的特定值上运行。

总而言之，以下是将代码从清单 10-2 更改为清单 10-3 所采取的步骤

识别重复代码。
将重复代码提取到函数体中，并在函数签名中指定该代码的输入和返回值。
更新重复代码的两个实例以调用该函数。

接下来，我们将对泛型使用相同的步骤来减少代码重复。正如函数体可以对抽象的 list 而不是特定值进行操作一样，泛型允许代码对抽象类型进行操作。

例如，假设我们有两个函数：一个在 i32 值切片中查找最大项，另一个在 char 值切片中查找最大项。我们如何消除这种重复？让我们找出答案！

Rust 程序设计语言

泛型、特征和生命周期

通过提取函数来消除重复