依赖于 Rust 中另一个泛型的泛型类型答案

【问题标题】：Generic types that depend on another generic in Rust依赖于 Rust 中另一个泛型的泛型类型
【发布时间】：2021-01-29 19:45:35
【问题描述】：

我正在尝试创建一个泛型结构，并具有泛型实现特征的界限。该特征本身是通用的。这是在 Rust 1.49.0 中。

如果我这样做：

trait Foo<T> {}

struct Baz<F: Foo<T>> {
    x: F,
}

我收到编译错误，因为 T 未定义。但如果我定义它：

trait Foo<T> {}

struct Baz<T, F: Foo<T>> {
    x: F,
}

然后我得到一个编译器错误，因为 T 未使用。

唯一的选择似乎是包含一个PhantomData<T> 字段，但如果我的通用依赖变得更加复杂，这将开始变得更加笨拙：

use std::marker::PhantomData;

trait Foo<T> {}

struct Baz<T, U, F: Foo<T>, G: Foo<U>> {
    phantom_t: PhantomData<T>,
    phantom_u: PhantomData<U>,
    x: F,
    y: G,
}

我的一半领域是幻影！该结构实际上是闹鬼的。

我的问题是：最后编译的示例真的是惯用的 Rust 吗？如果是这样，为什么 Rust 不能检测到 Baz<T, Foo<T>> 中的 T 确实被使用了？

【问题讨论】：

为什么F 实现Foo<T> 是必要的，如果它为哪个T实现它并不重要？如果F同时实现Foo<i32>和Foo<u32>，T的选择对Baz<F>有何影响？
首先我不能只做struct Baz<F: Foo<T>> { x: F}，因为我得到一个编译器错误。但总的来说，我可能想限制T。或者我可能有一个看起来像Baz<F: Foo<T>, G: Foo<T>> 的结构定义。我对T 没有任何限制，但F 和G（可能不同）必须为相同 T 实现Foo<T>。
struct Baz<F> { x: F } 是我的意思。在任何情况下，如果您确实走PhantomData 路线，重要的是要知道什么样的幻影困扰着您。我已经添加了答案。

标签： generics types rust

【解决方案1】：

最后编译的例子真的是惯用的 Rust 吗？

存储多个幻像类型参数的惯用方法是使用元组：

struct Baz<T, U, F: Foo<T>, G: Foo<U>> {
    x: F,
    y: G,
    _t: PhantomData<(T, U)>,
}

为什么 Rust 检测不到 Baz<T, Foo<T>> 中的 T 实际被使用了？

由于variance 和drop check，这实际上是预期的行为。这里的想法是编译器需要知道它可以对类型参数T 施加什么约束，PhantomData 类型的使用将指导编译器如何做到这一点。

您可以详细了解PhantomData 以及它如何影响Rust nomicon 中的差异。

【讨论】：

啊，很有帮助。谢谢！当我创建结构的实例时，是否有避免输入PhantomData？即我可以以某种方式删除Baz {x: foo1, y: foo2, _t: PhantomData} 中的最后一个字段吗？
@HarryBraviner 不，你必须定义它。但是如果你派生Default，你可以做类似Baz {x: foo1, y: foo2, ...Self::default()}的事情
rustc 确实喜欢...。它说：expected identifier.
@LukeSkywalker 我错过了左括号，感谢您指出这一点。

【解决方案2】：

您可能应该做以下事情之一：

如果每个结构F 可以通过多种方式实现Foo（Foo<String>、Foo<i32> 等相同F），只需从结构中删除绑定Baz。 T 的具体选择在您决定使用它之前并不相关，但附加一个绑定会强制您选择一个结构将适用的 T，即使 F 将适用于多种类型。

相反，将<T> 参数和F: Foo<T> 绑定仅放在使用T 的impl 块上（请参阅Should trait bounds be duplicated in struct and impl?）。
如果每个结构 F 预计仅以一种方式实现 Foo，则将 T 设为 Foo 的关联类型，而不是泛型类型。见When is it appropriate to use an associated type versus a generic type?

您应该可能不使用PhantomData<T>。这种标记类型不仅用于方差，正如 Ibraheem 的回答正确提到的那样，而且由 drop checker 确定 Baz<T> 是否在逻辑上包含 T，并由编译器确定应该为什么实现 auto traits Baz<T>。如果您不小心如何使用它，您可能会意外地以微妙的方式过度约束或约束您的 API（参见 Making a struct outlive a parameter given to a method of that struct 的一个示例）。更糟糕的是，由于类型的这些属性在外部可见，PhantomData 的类型参数的选择可能会暴露给外部代码，这使得修复任何错误都成为重大更改。

如果您不知道要使用PhantomData<T>、PhantomData<fn(T)>、PhantomData<fn() -> T>、PhantomData<fn(T) -> T>、PhantomData<*const T> 或 PhantomData<*mut T> 中的哪一个（六个有意义的不同事物，并且此列表并不详尽），您应该阅读上面的链接并尝试确定Baz 相对于T 应该具有哪种差异、丢弃行为和自动特征行为。这些是了解通用结构的重要品质，它们是其外部 API 的一部分。如果其中任何一个对您的用例没有意义，则可能意味着 Baz 根本不应该比 T 通用。

【讨论】：