Rust从入门到跑路:Deref和DerefMut trait
1.常规引用和解引用运算符*
先来看一下解引用运算符*
如何用在常规引用上。
例1:
fn main() {
let mut x = 5;
let y = &x;
if *y == 5 {
println!("{:p} {}", y, *y); // 0x7ffeed618e9c 5
}
let z = &mut x;
*z = 10;
assert_eq!(x, 10);
}
例1中代码变量x
在栈上存了一个i32
类型的值5
。变量y
是x
的一个不可变引用。第4行if语句先对变量y
进行解引用得到y
所指向的值,再去判断其是否和数值5
相等。 第7行变量z
是x
的一个可变引用,第8行先对z
进行解引用得到其所指向的值,并将值修改为10
。
2.智能指针和解引用运算符*
例2:
fn main() {
let mut y = Box::new(5);
if *y == 5 {
println!("{:p} {}", y, *y); // 0x7fe61cc05e30 5
}
*y = 10;
println!("{:p} {}", y, *y); // 0x7fe61cc05e30 10
}
例2代码变量y
是一个智能指针Box<i32>
类型,它指向了堆上的数值5
。第3行直接对y
进行解引用得到其指向的值,再去判断其是否和数值5
相等。 第6行对y
进行解引用得到其指向的值,并将值修改为10
。从例2可以看出,智能指针Box<T>
即可以被当做不可变引用使用,也可以被当做可变引用来使用。
进一步试验将解引用操作符*
直接用在智能指针Rc
上:
例3:
use std::rc::Rc;
fn main() {
let y = Rc::new(5);
if *y == 5 {
println!("{:p} {}", y, *y);
}
// *y = 10; // trait `DerefMut` is required to modify through a dereference, but it is not implemented for `std::rc::Rc<i32>`
}
例3代码中第4行,直接对y
进行解引用得到其指向的值,再去判断其是否和数值5
相等,说明可以将Rc<T>
当做不可变引用使用。第7行注释掉的代码如果去掉注释的话,会报trait DerefMut is required
的编译错误。 从例3可以看出,智能指针Rc<T>
只能被当做不可变引用使用,即Rc
只是一个只读的引用计数器。
去查看文档,发现Box<T>
既实现了std::ops::Deref
,也实现了std::ops::DerefMut
。 Rc<T>
只实现了std::ops::Deref
。
3.Deref trait
Deref用于不可变引用的解引用操作,如*v
。 实现Deref trait允许我们重载不可变引用的解引用运算符*
。实现了Deref trait的智能指针可以被当做常规引用来对待,为智能指针实现Deref trait以便于访问其背后的数据。
Deref trait的定义如下:
#[lang = "deref"]
#[doc(alias = "*")]
#[doc(alias = "&*")]
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
#[rustc_diagnostic_item = "Deref"]
pub trait Deref {
/// The resulting type after dereferencing.
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
#[rustc_diagnostic_item = "deref_target"]
#[lang = "deref_target"]
type Target: ?Sized;
/// Dereferences the value.
#[must_use]
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
#[rustc_diagnostic_item = "deref_method"]
fn deref(&self) -> &Self::Target;
}
Deref trait中的关联类型Target
是解引用操作的结果的类型,deref
方法实现具体的接引用操作。
3.1 函数和方法传参时的Deref强制转换
Rust为了提高在函数或方法传参时的便利性,提供了 Deref强制转换(Deref coercion) 功能,如果类型T
实现了 Deref<Target = U>
trait,并且x
是T
的一个变量,那么:
在不可变上下文中,
*x
等同于*Dref::deref(&x)
。(注意T
即不能是引用,也不能是裸指针)类型
&T
的值会被强制转换为&U
的值。类型
T
隐含地实现了类型U
的所有(不可变的)方法。
上面是Deref文档中对"Deref强制转换"的描述,理解起来有点费劲。其实就是在函数或方法传参时,实现了Deref的类型的引用会可以转换为通过Deref所能转换的类型的引用。当这种特定类型的引用作为形参传递给和形参类型不同的函数或方法时,Deref强制转换将自动发生。 就是说形参和实参不匹配时,会有一系列的deref
方法被调用,会把我们的类型转换成参数所需的类型。
来看下面的例子。
例4:
fn hello(s: &str) {
println!("hello {}", s);
}
fn main() {
let x = Box::new(String::from("world"));
hello(&x); // hello world
}
因为有"Deref强制转换"功能,上面例4中就可以使用Box<String>
的引用传参调用hello
函数。
Box<String>
实现了Deref trait,Deref的关联类型Target为String
,deref
实现返回的是&String
。而String
类型也实现了Deref trait,Deref trait关联类型为str
,deref
实现返回的是&str
。当
&Box<String>
类型的实参传递给hello
函数&str
类型的实参时,“Deref强制转换会隐式调用2次deref
函数,完成参数传递的类型转换。
例4的等同于下面调用2次deref
函数的代码:
use std::ops::Deref;
fn hello(s: &str) {
println!("hello {}", s);
}
fn main() {
let x = Box::new(String::from("world"));
let s: &String = Deref::deref(&x);
let s: &str = Deref::deref(s);
hello(s);
}
如果没有Deref强制转换,我们自己编写的例4的代码可能是下面这样的:
fn hello(s: &str) {
println!("hello {}", s);
}
fn main() {
let x = Box::new(String::from("world"));
let s: String = *x; // 将Box<String>解引用为String
let s: &str = &s[..]; // 使用`&`和`[..]`获取整个String的字符串切片
hello(s);
}
可以看出"Deref强制转换"的加入使得Rust程序员编写函数和方法调用代码时时无需增加过多的显式使用&
和*
的引用和解引用。这个功能便于编写同时作用于引用或智能指针的代码,例4中的hello
函数就是这样的。
当函数或方法传参所涉及到的类型实现了Deref trait,Rust在编译时会分析这些类型,并可以使用任意多次Deref::deref
调用以获得匹配参数的类型。因为是发生在编译时,所以"Deref强制转换"并没有任何运行时损耗。
4.DerefMut trait
DerefMut用于可变引用的解引用操作,如*v = 1;
。 实现DerefMut trait允许我们重载可变应用的解引用运算符*
。实现了DerefMut trait的智能指针可以被当做常规可变引用来对待。
当前DerefMut trait的定义如下:
#[lang = "deref_mut"]
#[doc(alias = "*")]
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
pub trait DerefMut: Deref {
/// Mutably dereferences the value.
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
fn deref_mut(&mut self) -> &mut Self::Target;
}
DerefMut tait继承了Deref trait,所以DerefMut也能参与"Deref强制转换功能”。
如果T
实现了DerefMut<Target = U>
,并且x
是一个T类型的变量,那么:
在可变上下文中,
*x
等同于*DerefMut::deref_mut(&mut x)
。(注意T
即不能是引用,也不能是裸指针)类型为
&mut T
的值会被强制转换为类型为&mut U
的值类型T隐含地实现了类型U的所有(可变)方法
当Rust发现类型和trait实现满足以下三种情况时会进行Deref强制转换:
当
T: Deref<Target=U>
时从&T
到&U
当
T: DerefMut<Target=U>
时从&mut T
到&mut U
当
T: Deref<Target=U>
时从&mut T
到&U