trait 约束与生命周期约束

Trait 约束和生命周期约束为泛型项提供了一种方式来限制哪些类型和生命周期可以用作它们的参数。约束可以在 where 子句中的任何类型上提供。对于某些常见情况，还有更简短的形式：

• 在声明泛型参数之后写出的约束：fn f<A: Copy>() {} 等同于 fn f<A>() where A: Copy {}。
• 在 trait 声明中作为超 trait：trait Circle : Shape {} 等价于 trait Circle where Self : Shape {}。
• 在 trait 声明中作为对关联类型的约束：trait A { type B: Copy; } 等价于 trait A where Self::B: Copy { type B; }。

项上的约束在使用该项时必须被满足。在对泛型项进行类型检查和借用检查时，约束可用于确定某个 trait 已为某个类型实现。例如，给定 Ty: Trait：

• 在泛型函数体内，可以对 Ty 值调用 Trait 的方法。同样，可以使用 Trait 上的关联常量。
• 可以使用 Trait 的关联类型。
• 具有 T: Trait 约束的泛型函数和类型可以使用，其中 Ty 被用于 T。

#![allow(unused)]
fn main() {
type Surface = i32;
trait Shape {
    fn draw(&self, surface: Surface);
    fn name() -> &'static str;
}

fn draw_twice<T: Shape>(surface: Surface, sh: T) {
    sh.draw(surface);           // 可以调用方法，因为 T: Shape
    sh.draw(surface);
}

fn copy_and_draw_twice<T: Copy>(surface: Surface, sh: T) where T: Shape {
    let shape_copy = sh;        // 不会移动 sh，因为 T: Copy
    draw_twice(surface, sh);    // 可以使用泛型函数，因为 T: Shape
}

struct Figure<S: Shape>(S, S);

fn name_figure<U: Shape>(
    figure: Figure<U>,          // 类型 Figure<U> 是良构的，因为 U: Shape
) {
    println!(
        "Figure of two {}",
        U::name(),              // 可以使用关联函数
    );
}
}

不使用项的参数或高阶生命周期的约束会在项被定义时检查。如果这样的约束为假，则报错。

Copy、Clone 和 Sized 约束也会在调用项时对某些泛型类型进行检查，即使调用时没有提供具体类型。将 Copy 或 Clone 作为可变引用、trait 对象或切片的约束是错误的。将 Sized 作为 trait 对象或切片的约束是错误的。

#![allow(unused)]
fn main() {
struct A<'a, T>
where
    i32: Default,           // 允许，但没有用处
    i32: Iterator,          // 错误：`i32` 不是迭代器
    &'a mut T: Copy,        // （使用时）错误：trait 约束未满足
    [T]: Sized,             // （使用时）错误：编译时无法确定大小
{
    f: &'a T,
}
struct UsesA<'a, T>(A<'a, T>);
}

trait 约束和生命周期约束也用于命名 trait 对象。

?Sized

? 仅用于放宽对类型参数或关联类型的隐式 Sized trait 约束。?Sized 不能用于对其他类型的约束。

生命周期约束

生命周期约束可以应用于类型或其他生命周期。

'a: 'b 通常读作 'a 存活不短于 'b。'a: 'b 意味着 'a 至少和 'b 一样长，因此引用 &'a () 在 &'b () 有效的任何地方都有效。

#![allow(unused)]
fn main() {
fn f<'a, 'b>(x: &'a i32, mut y: &'b i32) where 'a: 'b {
    y = x;                      // &'a i32 是 &'b i32 的子类型，因为 'a: 'b
    let r: &'b &'a i32 = &&0;   // &'b &'a i32 是良构的，因为 'a: 'b
}
}

T: 'a 意味着 T 的所有生命周期参数都存活不短于 'a。例如，如果 'a 是一个无约束的生命周期参数，那么 i32: 'static 和 &'static str: 'a 是满足的，但 Vec<&'a ()>: 'static 则不满足。

高阶 trait 约束

trait 约束可以是高阶的（higher ranked），即对生命周期进行量化。这些约束指定了一个对所有生命周期都成立的约束。例如，形如 for<'a> &'a T: PartialEq<i32> 的约束将要求如下的实现：

#![allow(unused)]
fn main() {
struct T;
impl<'a> PartialEq<i32> for &'a T {
    // ...
   fn eq(&self, other: &i32) -> bool {true}
}
}

然后就可以用它将具有任意生命周期的 &'a T 与 i32 进行比较。

只有高阶约束才能在这里使用，因为引用的生命周期比函数上任何可能的生命周期参数都短：

#![allow(unused)]
fn main() {
fn call_on_ref_zero<F>(f: F) where for<'a> F: Fn(&'a i32) {
    let zero = 0;
    f(&zero);
}
}

高阶生命周期也可以直接写在 trait 之前：唯一的区别是生命周期参数的作用域，它仅延伸到紧随其后的 trait 结束，而非整个约束。下面这个函数与上一个等价。

#![allow(unused)]
fn main() {
fn call_on_ref_zero<F>(f: F) where F: for<'a> Fn(&'a i32) {
    let zero = 0;
    f(&zero);
}
}

隐含约束

类型要良构所需满足的生命周期约束有时会被推断出来。

#![allow(unused)]
fn main() {
fn requires_t_outlives_a<'a, T>(x: &'a T) {}
}

类型参数 T 需要存活不短于 'a 才能使类型 &'a T 良构。这会被推断出来，因为函数签名中包含类型 &'a T，而该类型仅在 T: 'a 成立时才有效。

隐含约束会被添加到函数的所有参数和返回值上。在 requires_t_outlives_a 内部，可以假定 T: 'a 成立，即使你没有显式指定：

#![allow(unused)]
fn main() {
fn requires_t_outlives_a_not_implied<'a, T: 'a>() {}

fn requires_t_outlives_a<'a, T>(x: &'a T) {
    // 这段代码可以编译，因为 `T: 'a` 由
    // 引用类型 `&'a T` 隐含。
    requires_t_outlives_a_not_implied::<'a, T>();
}
}

#![allow(unused)]
fn main() {
fn requires_t_outlives_a_not_implied<'a, T: 'a>() {}
fn not_implied<'a, T>() {
    // 这会报错，因为 `T: 'a` 没有由
    // 函数签名隐含。
    requires_t_outlives_a_not_implied::<'a, T>();
}
}

只有生命周期约束会被隐含，trait 约束仍然必须显式添加。因此下面的示例会引发错误：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::fmt::Debug;
struct IsDebug<T: Debug>(T);
// error[E0277]: `T` 没有实现 `Debug`
fn doesnt_specify_t_debug<T>(x: IsDebug<T>) {}
}

生命周期约束也会为类型定义和任何类型的 impl 块进行推断：

#![allow(unused)]
fn main() {
struct Struct<'a, T> {
    // 这要求 `T: 'a` 以使其良构，
    // 这由编译器推断。
    field: &'a T,
}

enum Enum<'a, T> {
    // 这要求 `T: 'a` 以使其良构，
    // 这由编译器推断。
    //
    // 注意，即使只使用 `Enum::OtherVariant`，
    // 也要求 `T: 'a` 成立。
    SomeVariant(&'a T),
    OtherVariant,
}

trait Trait<'a, T: 'a> {}

// 这会报错，因为 impl 头部中没有任何类型隐含 `T: 'a`。
//     impl<'a, T> Trait<'a, T> for () {}

// 这段可以编译，因为 `T: 'a` 由 self 类型 `&'a T` 隐含。
impl<'a, T> Trait<'a, T> for &'a T {}
}

Use 约束

某些约束列表可以包含 use<..> 约束来控制哪些泛型参数被 impl Trait 抽象返回类型所捕获。更多细节请参阅精确捕获。