如何解决 Rust 中的对象安全特征

Question

我正在用 Rust 编写一个玩具数据库实现，但我无法绕过这个对象安全的特征要求。我基本上想要一种用 Rust 表示具有不同类型列的数据库表的方法。 这就是我当前现有代码的样子。

trait Primative {}
impl Primative for i32 {}

struct Table {
    value: HashMap<String, Arc<dyn ColType>>,
}

trait ColType {
    fn get_data(&self) -> &Vec<impl Primative>;
}

struct TableValue<T: Primative> {
    data: Vec<T>
}

impl <T: Primative> ColType for TableValue<T> {
    fn get_data(&self) -> &Vec<T> {
        return &self.data;
    }
}

这是我在数据存储方面取得的进展的简化版本。话虽如此，这段代码给出了警告

ColType

无法制作成对象。基本上我只想编译这个或一些类似的解决方案。要求是：

a）我需要 Primative 作为一个特征（在 i32 等上实现）。这是因为我不想使用枚举，因为我不确定如何确保每个值都是相同的变体以及开销。

b）我不想做任何

Vec<Box<impl Primative>>

的事情，因为我相信应该有办法不做那么糟糕的事情。 （当 T: Primative 工作的 Vec 时，为什么我要为每个项目创建一个新指针！）

c）解决方案实际上必须能够存储内容（通过向

HashMap<String, Arc<dyn ColType<dyn Primative>>>

添加通用参数，我得到了一些接近于使用

ColType<T: Primative>

的东西，但这最终导致了无法满足的特征边界。

在我看来，我应该能够返回一些类型为

Vec<impl ColType + Sized>

的堆分配 vec，但这可能只是我。

另外，对于任何拼写错误，我深表歉意。我在手机上写这篇文章是因为堆栈溢出网站无法在 librewolf 上运行。

如果这只是一个技能问题，请告诉我。

Answer 1

在特征方法中返回

&Vec<impl Primative>

会使特征失去对象安全性，因为编译器无法知道堆分配项的布局或对齐方式，因此无法保证运行时的内存安全。这也让我困惑了好几次，因为

dyn Trait

符号让我根据里氏替换原则进行思考，但它实际上是关于指针以及我们指向 CPU 的位置。

dyn Trait

类型是胖指针；它存储一个指向对象的指针（在本例中，是实现

Trait

的类型）和指向 vtable 的指针。后者保存有关类型的各种信息，例如在哪里可以找到某些方法的机器代码等。这非常酷，并且允许动态调度；在运行时，vtable 用于将 CPU 指向可以找到我们要调用的方法的正确位置。

另一方面，编译器需要知道

get_data

为

ColType

特征的所有实现者返回的确切类型，这对于 impl Primative 来说是不可能的。如果它不知道返回的确切类型，它就无法编译用于动态分派的胖指针，因为它不知道 vtable 指向哪里。

我可能会解释得很糟糕，所以我会推荐 Jon Gjengset 的书 Rust for Rustaceans，它详细介绍了这个主题（我上周刚读过这一章，这就是我回答的原因这个问题）。

确实，使用

Box

可以解决这个问题，但这会带来运行时性能损失。您说过您不想使用枚举，因为开销（？）和“我不确定如何确保每个值都是相同的变体”，但这不正是 Rust 的闪光点吗？我的意思是，模式匹配是最酷的事情之一（以我的愚见；））。

enum Primative {
    Int(i32),
    // Add more types here if needed, e.g., Float(f64)
}

struct Table {
    value: HashMap<String, Arc<dyn ColType>>,
}

trait ColType {
    fn get_data(&self) -> &Vec<Primative>;
}

struct TableValue {
    data: Vec<Primative>,
}

impl ColType for TableValue {
    fn get_data(&self) -> &Vec<Primative> {
        &self.data
    }
}

现在，编译器知道

ColType::get_data()

特征方法的返回值的确切类型，因为它们始终是

Primative

类型。唯一的缺点是内存使用：

&Vec<Primative>

中的每个项目都与

Primative

的最大可能变体一样大。