【Rust笔记】从·类型转换·视角，浅谈Deref<Target = T>, AsRef<T> 等差异

【原创】从·类型转换·视角，浅谈Deref<Target = T>, AsRef<T>, Borrow<T>和From<T> trait差异

概述

这些trait的共同作用就是“类型转换”，但它们“类型转换”的内容各有不同：

• Deref<Target = T> / DerefMut<Target = T> trait — 从一个类型的引用&F至另一个类型的引用&T的类型转换。
  • 这类·类型转换·有一个专有名词：【智能指针】的【自动·解引用】。
  • Deref / DerefMut仅能被同一个类型至多实现一次。所以，任何类型仅能作为另一个类型（而不是多个类型）的智能指针。
• AsRef<T> / AsMut<T> trait — 从一个类型F至另一个类型的引用&T的类型转换
  • 不同于Deref / DerefMut，AsRef / AsMut可以被同一个类型实现多次，且每次都指定不同的【泛型·类型实参】。所以，若抛开【智能指针】的语义，任何类型都能作为另外多个类型的引用。
• Borrow<T> / BorrowMut<T> trait — 是AsRef<T> / AsMut<T> trait的加强版本。
  • 除了从·类型F·至·引用&T·的类型转换，它还要求【类型转换·源类型】与【类型转换·目标类型】以一致的“行为”实现Eq，Hash与Ord三个trait。这样【源·类型】与【目标·类型】就备有相同的【判等·标准】。
• From<T> trait — 从一个类型T至另一个类型F的类型转换。
  • 消费掉【类型转换·源类型】的所有权的。
  • 使用【源·类型】的pub数据，构造一个崭新的【类型转换·目标类型】实例

如何给【自定义·类型】实现这些trait？

总结起来，有两类套路：

• 套路一：源类型·包装器
  • Deref<Target = T> / DerefMut<Target = T> trait
  • AsRef<T> / AsMut<T> trait
  • Borrow<T> / BorrowMut<T> trait
  • trait被实现于【类型转换·源类型】
  • 【源·类型】作为【容器·类型】；【类型转换·目标类型】作为容器的【内部·数据类型】（比如，字段·或·元素）
  • 【源·类型】拥有【目标·类型】的【所有权】。所以，仅能从【源·类型】的trait成员方法取得【目标·类型】的引用。
  • 【源·类型】提供【目标·类型】不具备的额外功能或语义 — 智能指针
  • 特点 [例程1]
  • 符合这个套路的trait包括
• 套路二：目标类型·构造器
  • From<T> trait
  • trait被实现于【类型转换·目标类型】
  • 以消费掉【类型转换·源类型】实例的【所有权】为代价，创建一个崭新的【目标·类型】实例。
  • 特点 [例程2]：
  • 符合这个套路的trait包括

如何触发这些trait引导的【类型转换】？

总结起来，也有两类套路：

• 不需要【泛型·编程】，由编译器来隐式引导【类型转换】
  • rustc会自动给类型F实现Into<T> trait。于是，就有<F, T> where T: From<F>, F: Into<T>。其中，F: Into<T>是被编译器“买一送一”的。
  • F可被显示地类型转换至T [例程4]，仅需要显示调用F的trait成员方法<F as Into>::into(_: F)。
  • F就是T的【智能指针】— 给普通【引用】赋能了·额外的自定义功能·和保存了·更多状态信息·
  • &F可被隐式地“类型转换”为&T[例程3] — 不需要任何额外的编码，因为【自动·解引用】。
  • 【类型转换·源类型】之所以是&F（而不是F）是因为【解引用】必须以【引用&F】为起点，而不是【所有权·变量F】。
  • 若<F, T> where F: Deref<Target = T>，那么
  • 若<F, T> where T: From<F>，那么
• 需要【泛型·编程】来引到【类型系统】完成【类型转换】
  • F可被显示地“类型转换”为&T[例程6]，需要
  • 同时要求：F与&T以一致的行为实现了Eq，Hash和Ord三个trait。即，若x.borrow() == y.borrow()，就意味着x == y。反之亦然。
  • Borrow<T>出现于【泛型·代码】内和作为【泛型·类型参数】的trait限定条件。
  • 调用F的成员方法<F as Borrow>::borow(_: &F)。
  • F可被显示地“类型转换”为&T[例程5]，需要
  • AsRef<T>出现于【泛型·代码】内和作为【泛型·类型参数】的trait限定条件。
  • 调用F的trait成员方法<F as AsRef>::as_ref(_: &F)。
  • 若<F, T> where F: AsRef<T>，那么
  • 若<F, T> where F: Borrow<T>，那么

这些trait的常见使用场景

场景一

模仿OOP中的函数重载。即，让同一个函数

• 不但，能够接受不同“形状”的实参来"兑现"形参
• 还要，以一致的行为完成相同的任务。

就是模仿得不是很彻底。

场景二

向HashMap<K, V>添加新【键-值对】和从HashMap<K, V>检索已有的【键-值对】。

• 作为【集合·类型】，HashMap<K, V>需要拥有它的【集合·元素】std::collections::hash_map::Entry的所有权。所以，HashMap::insert(_: K, _: V)成员方法要求【键】与【值】的所有权·变量。
• 在HashMap<K, V>查询检索过程中，对【键】数据的所有权要求就可以忽略了，因为这可以避免潜在的【堆】分配和提高程序性能。但是，为了确保搜索结果的一致性，【键】数据的 必须具备相同的【判等·标准】（即，行为一致的Eq trait, Ord trait与Hash trait实现）。
  • 所有权·实例
  • 引用
  • 智能指针

于是，若有<K, V> where K: Borrow<Q> Eq Hash, Q: Eq Hash（其中，K: Borrow<Q>被读作：K被借入作为Q），那么由HashMap::get(_: &Q)检索出来的【值】就是由对应的HashMap::insert(_: K, _: V)添加的【值】。