特殊类型和特征

Rust 编译器知道标准库中存在的某些类型和特征。本章记录这些类型和特征的特殊功能。

Box<T>

Box<T> 具有 Rust 当前不允许用户定义的类型使用的一些特殊功能。

  • Box<T> 的 解引用运算符 产生一个可以从中移动的位置。这意味着 * 运算符和 Box<T> 的析构函数是语言内置的。
  • 方法 可以将 Box<Self> 作为接收者。
  • 可以在 T 所在的 crate 中为 Box<T> 实现 trait，而 孤儿规则 会阻止为其他泛型类型实现。

Rc<T>

方法 可以将 Rc<Self> 作为接收者。

Arc<T>

方法 可以将 Arc<Self> 作为接收者。

Pin<P>

方法 可以将 Pin<P> 作为接收者。

UnsafeCell<T>

std::cell::UnsafeCell<T> 用于 内部可变性。它确保编译器不会执行对这种类型不正确的优化。它还确保具有内部可变性的类型的 static 项 不会被放置在标记为只读的内存中。

PhantomData<T>

std::marker::PhantomData<T> 是一个零大小、最小对齐的类型，为了 方差、drop check 和 自动 trait 的目的，它被认为拥有一个 T。

运算符 Trait

std::ops 和 std::cmp 中的 trait 用于重载 运算符、索引表达式 和 调用表达式。

Deref 和 DerefMut

除了重载一元 * 运算符之外，Deref 和 DerefMut 还用于 方法解析 和 解引用强制转换。

Drop

Drop trait 提供一个 析构函数，在要销毁此类型的值时运行。

Copy

Copy trait 更改了实现它的类型的语义。类型实现 Copy 的值在赋值时会被复制而不是移动。

Copy 只能为不实现 Drop 且其字段均为 Copy 的类型实现。对于枚举，这意味着所有变体的所有字段都必须为 Copy。对于联合体，这意味着所有变体都必须为 Copy。

Copy 由编译器为以下类型实现

Clone

Clone trait 是 Copy 的超 trait，因此它也需要编译器生成的实现。编译器为以下类型实现它

  • 具有内置 Copy 实现的类型（参见上文）
  • Clone 类型的 元组
  • 仅捕获 Clone 类型的值或不从环境中捕获任何值的 闭包

Send

Send trait 表示此类型的值可以安全地从一个线程发送到另一个线程。

Sync

Sync trait 表示此类型的值可以安全地在多个线程之间共享。必须为在不可变 static 项 中使用的所有类型实现此 trait。

Termination

Termination trait 表示 main 函数 和 测试函数 的可接受的返回类型。

自动 trait

Send、Sync、Unpin、UnwindSafe 和 RefUnwindSafe 这些 trait 是自动 trait。自动 trait 具有特殊属性。

如果未为给定类型的自动 trait 写出显式实现或负实现，则编译器会根据以下规则自动实现它

  • 如果 T 实现 trait，则 &T、&mut T、*const T、*mut T、[T; n] 和 [T] 实现该 trait。
  • 函数项类型和函数指针会自动实现该 trait。
  • 如果结构体、枚举、联合体和元组的所有字段都实现该 trait，则它们会实现该 trait。
  • 如果闭包的所有捕获类型都实现该 trait，则闭包会实现该 trait。通过共享引用捕获 T 和通过值捕获 U 的闭包，会实现 &T 和 U 都实现的任何自动 trait。

对于泛型类型（将上述内置类型视为 T 的泛型），如果存在泛型实现，则编译器不会自动为可以使用该实现但又不满足所需 trait 约束的类型实现它。例如，标准库为所有 &T（其中 T 为 Sync）实现 Send；这意味着如果 T 为 Send 但不是 Sync，则编译器不会为 &T 实现 Send。

自动 trait 也可以具有负实现，如标准库文档中所示的 impl !AutoTrait for T，这会覆盖自动实现。例如，*mut T 具有 Send 的负实现，因此即使 T 为 Send，*mut T 也不是 Send。目前没有稳定的方法来指定额外的负实现；它们仅存在于标准库中。

自动 trait 可以作为额外的边界添加到任何 trait 对象 中，即使通常只允许一个 trait。例如，Box<dyn Debug + Send + UnwindSafe> 是一个有效的类型。

Sized

Sized trait 表示此类型的大小在编译时已知；也就是说，它不是 动态大小类型。类型参数（除了 trait 中的 Self）默认是 Sized 的，关联类型 也是如此。Sized 始终由编译器自动实现，而不是由 实现项 实现。这些隐式的 Sized 边界可以通过使用特殊的 ?Sized 边界来放松。