Rust 泛型

Rust 泛型（Generics）核心知识点总结

一、泛型基础概念

• 核心作用：编写可复用的代码，处理多种数据类型，避免重复逻辑（如为不同类型编写相同函数） • 本质：一种静态多态技术，通过类型参数化实现代码抽象 • 零成本抽象：运行时无性能损耗（通过编译期单态化实现）

二、函数泛型

基本语法

fn largest<T: PartialOrd>(list: &[T]) -> T {
    let mut largest = list[0];
    // ...
}

关键点

1. 声明泛型参数：<T> 在函数名后声明
2. Trait 约束：通过 T: Trait 指定类型能力（如 PartialOrd 实现比较）
3. 常见约束示例： • std::ops::Add：支持 + 操作 • std::fmt::Display：支持格式化输出 • Copy / Clone：控制复制行为

三、结构体泛型

基本语法

struct Point<T> {
    x: T,
    y: T,
}

特性

1. 多泛型参数：struct Point<T, U> { x:T, y:U }
2. 方法实现：

   impl<T> Point<T> {
       fn x(&self) -> &T { &self.x }
   }
   

3. 具体类型特化：

   impl Point<f32> {
       fn distance_from_origin(&self) -> f32 {
           (self.x.powi(2) + self.y.powi(2)).sqrt()
       }
   }
   

四、枚举泛型

典型应用

enum Option<T> {
    Some(T),
    None,
}

enum Result<T, E> {
    Ok(T),
    Err(E),
}

• Option<T>：处理值的存在性 • Result<T, E>：处理操作结果与错误

五、方法泛型

混合泛型参数

impl<T, U> Point<T, U> {
    fn mixup<V, W>(self, other: Point<V, W>) -> Point<T, W> {
        Point { x: self.x, y: other.y }
    }
}

• 结构体泛型与方法泛型相互独立 • 可组合不同类型实现灵活操作

六、const 泛型（值泛型）

处理固定大小数组

fn display_array<T: Debug, const N: usize>(arr: [T; N]) {
    println!("{:?}", arr);
}

特性

• 使用 const N: usize 声明值泛型 • 解决数组长度不同导致的类型问题 • 编译期确定值，支持更灵活的数据结构

七、单态化（Monomorphization）

工作原理

• 编译时为每个具体类型生成独立代码 • 示例：

// 泛型代码
let integer = Some(5);
let float = Some(5.0);

// 编译后生成
enum Option_i32 { Some(i32), None }
enum Option_f64 { Some(f64), None }

优劣分析

• 优势：运行时效率等同手写具体类型代码 • 代价：增加编译时间与生成文件大小

八、最佳实践

1. 合理使用 Trait 约束：确保类型具备必要能力
2. 控制泛型参数数量：避免过度复杂化（如 Woo<T,U,V,W,X>）
3. 优先选择 const 泛型：处理数组长度等值相关场景
4. 平衡抽象与性能：在代码复用和编译效率间取舍

附：常见错误解决方案

1. 缺少 Trait 约束：

   // 错误：无法比较 T 类型
   fn largest<T>(list: &[T]) -> T {}
   
   // 修复：添加 PartialOrd 约束
   fn largest<T: PartialOrd>(list: &[T]) -> T {}
   

2. 类型推断失败：

   create_and_print(); // 错误：无法推断 T 类型
   
   // 显式指定类型
   create_and_print::<i64>();
   

通过系统掌握泛型机制，可大幅提升 Rust 代码的抽象能力和复用性，同时保持高性能特性。建议结合实战项目深化理解，特别是在集合类型、算法实现等场景中实践应用。