泛型、Trait 和生命周期

每种编程语言都有用于有效处理概念重复的工具。在 Rust 中，其中一个工具是*泛型*：具体类型或其他属性的抽象替身。我们可以在不知道编译和运行代码时它们的位置的情况下，表达泛型的行为或它们如何与其他泛型相关联。

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，就像函数接受未知值的形参以在多个具体值上运行相同的代码一样。事实上，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> 中使用过泛型。在本章中，您将探索如何使用泛型定义您自己的类型、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在参数类型上有所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*trait* 以通用的方式定义行为。您可以将 trait 与泛型类型结合使用，以将泛型类型约束为仅接受具有特定行为的类型，而不仅仅是任何类型。

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如何相互关联的信息。生命周期使我们能够向编译器提供有关借用值的足够信息，以便它可以确保引用在更多情况下有效，而无需我们的帮助。

通过提取函数来消除重复

泛型允许我们用表示多种类型的占位符替换特定类型，以消除代码重复。在深入研究泛型语法之前，让我们首先看看如何通过提取函数来消除重复，这种方式不涉及泛型类型，该函数用表示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。

我们从清单 10-1 中的简短程序开始，该程序在列表中找到最大的数字。

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);
}

列表 10-1：在数字列表中查找最大数

我们将一个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，则变量不会改变，代码会移动到列表中的下一个数字。在考虑了列表中的所有数字之后，largest 应该指向最大的数字，在本例中是 100。

我们现在的任务是在两个不同的数字列表中找到最大的数字。为此，我们可以选择复制列表 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，如列表 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}");
}

列表 10-2：在两个数字列表中查找最大数字的代码

虽然这段代码可以工作，但复制代码既乏味又容易出错。当我们想要更改代码时，我们还必须记住在多个地方更新代码。

为了消除这种重复，我们将通过定义一个函数来创建抽象，该函数对传递到参数中的任何整数列表进行操作。这种解决方案使我们的代码更清晰，并让我们抽象地表达了在列表中查找最大数字的概念。

在列表 10-3 中，我们将查找最大数字的代码提取到名为 largest 的函数中。然后我们调用该函数来查找列表 10-2 中两个列表中的最大数字。我们还可以对将来可能拥有的任何其他 i32 值列表使用该函数。

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);
}

列表 10-3：用于查找两个列表中最大数字的抽象代码

largest 函数有一个名为 list 的参数，它表示我们可能传递给函数的任何具体的 i32 值切片。因此，当我们调用该函数时，代码会对我们传入的特定值运行。

总而言之，以下是我们将代码从列表 10-2 更改为列表 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。与函数体可以对抽象 list 而不是特定值进行操作的方式相同，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：一个用于查找 i32 值切片中的最大项，另一个用于查找 char 值切片中的最大项。我们如何消除这种重复？让我们来看看！

Rust 程序设计语言

泛型、Trait 和生命周期

通过提取函数来消除重复