特殊类型和 trait

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本章译文最后维护日期：2020-11-16

标准库中的某些类型和 trait 在 Rust 编译器中也直接能用。本章就阐述了这些类型和 trait 的特殊特性。

Box<T>

Box<T> 有一些特殊的特性，Rust 目前还不允许用户定义类型时使用。

• Box<T> 的[解引用操作符]会产生一个可从中移出值的内存位置¹。这（种特殊性）意味着应用在 Box<T> 上的 *运算符和 Box<T> 的析构函数都是语言内置的。
• 方法可以使用 Box<Self> 作为接受者。
• Box<T> 可以绕过孤儿规则(orphan rules)，与 T 在同一 crate 中实现同一 trait，其他泛型类型无法绕过。

Rc<T>

方法可以使用 Rc<Self> 作为接受者。

Arc<T>

方法可以使用 Arc<Self> 作为接受者。

Pin<P>

方法可以使用 Pin<P> 作为接受者。

UnsafeCell<T>

std::cell::UnsafeCell<T> 用于内部可变性。它确保编译器不会对此类类型执行不正确的优化。它还能确保具有内部可变类型的静态(static)项不会被放在标记为只读的内存中。

PhantomData<T>

std::marker::PhantomData<T> 是一个零尺寸零的、最小对齐量的、被认为拥有(own) T 的类型，这个类型存在目的是应用在确定型变关系、销毁检查和自动trait 中的。

Operator Traits

运算符/操作符trait

std::ops 和 std::cmp 中的 trait 看用于重载 Rust 的运算符/操作符、索引表达式和调用表达式。

Deref and DerefMut

除了重载一元 *运算符外，Deref 和 DerefMut 也用于方法解析(method resolution)和利用 Deref 达成自动强转。

Drop

Drop trait 提供了一个析构函数，每当要销毁此类型的值时就会运行它。

Copy

Copy trait 改变实现它的类型的语义。其类型实现了 Copy 的值在赋值时将被复制而不是移动。

只能为未实现 Drop trait 且字段都是 Copy 的类型实现 Copy。²
对于枚举，这意味着所有变体的所有字段都必须是 Copy 的。
对于联合体，这意味着所有的变体都必须是 Copy 的。

Copy 已由编译器实现给了下述类型：

• 数字类类型
• char, bool, 和 !
• 由 Copy 类型的元素组成的元组
• 由 Copy 类型的元素组成的数组
• 共享引用
• 裸指针
• 函数指针 和 函数项类型

Clone

Clone trait 是 Copy 的超类trait，所以它也需要编译器生成实现。它被编译器实现给了以下类型：

• 实现了内置的 Copy trait 的类型（见上面）
• 由 Clone 类型的元素组成的元组
• 由 Clone 类型的元素组成的数组

Send

Send trait 表明这种类型的值可以安全地从一个线程发送给另一个线程。

Sync

Sync trait 表示在多个线程之间共享这种类型的值是安全的。必须为不可变静态(static)项中使用的所有类型实现此 trait。

Auto traits

Send、Sync、Unpin、UnwindSafe 和 RefUnwindSafe trait 都是自动trait(auto traits)。自动trait 具有特殊的属性。

对于给定类型，如果没有为其显式实现或否定实现(negative implementation)某自动trait，那么编译器就会根据以下规则去自动此为类型实现该自动trait：

• 如果 T 实现了某自动trait，那 &T、&mut T、*const T、*mut T、[T; n] 和 [T] 也会实现此自动trait。
• 函数项类型(function item types)和函数指针会自动实现这些自动trait。
• 如果结构体、枚举、联合体和元组它们的所有字段都实现了这些自动trait，则它们本身也会自动实现这些自动trait。
• 如果闭包捕获的所有变量的类型都实现了这些自动trait，那么闭包会自动实现这些自动trait。一个闭包通过共享引用捕获了一个 T，同时通过传值的方式捕获了一个 U，那么该闭包会自动实现 &T 和 U 所共同实现的那些自动trait。

对于泛型类型（上面的这些内置类型也算是建立在 T 上的泛型），如果泛型实现在当前已够用，则编译器不会再为其实现其他的自动trait，除非它们不满足必需的 trait约束。例如，标准库在 T 是 Sync 的地方都为 &T 实现了 Send；这意味着如果 T 是 Send，而不是 Sync，编译器就不会为 &T 自动实现 Send。

自动trait 也可以有否定实现，在标准库文档中表示为 impl !AutoTrait for T，它覆盖了自动实现。例如，*mut T 有一个关于 Send 的否定实现，所以 *mut T 不是 Send 的，即使 T 是。目前还没有稳下来的方法来指定其他类型的否定实现；目前否定实现只能在标准库里可以稳定使用。³

自动trait 可以作为额外的约束添加到任何 trait对象上，尽管通常我们见到的 trait对象的类型名上一般只显示一个 trait。例如，Box<dyn Debug + Send + UnwindSafe> 就是一个有效的类型。

Sized

Sized trait表明这种类型的尺寸在编译时是已知的；也就是说，它不是一个动态尺寸类型。类型参数默认是 Sized 的。Sized 总是由编译器自动实现，而不是由实现(implementation items)主动实现的。