当`impl Struct`工作正常时，`impl From<Struct> for T`的“无约束类型参数”

Question

polars 库实现以下方法将其转换为数组：

impl DataFrame {
    pub fn to_ndarray<N>(&self) -> Result<Array2<N::Native>>
    where
        N: PolarsNumericType,
        N::Native: num::Zero + Copy,
    {}
}

我想通过使用这个函数来实现一个特征来使它更有用：

impl<N> From<DataFrame> for Array2<N::Native>
    where
        N: PolarsNumericType,
        N::Native: num::Zero + Copy
{}

这给了我：

129 | impl<N> From<DataFrame> for Array2<N::Native>
    |      ^ unconstrained type parameter

这是一个众所周知的问题，有上百万个问题。

有人能用英文解释一下为什么编译器会在这里混淆吗？

在我看来，一切都受到了限制：DataFrame 可以转换为任何Array2<N>，受一些特征的限制。我想这意味着输出类型是通用的，但原始结构 impl 也是如此。我的特质如何不受限制？

Answer 1

问题在于 trait 实现对所有 Array2<N::Native> 都是通用的，而 N::Native 是一个关联类型，而不仅仅是参数本身。

可能存在多个不同的 trait PolarsNumericType 实现，它们都具有相同的 Native 类型。因此，那些 Ns 的 trait 实现将具有相同的 Self 类型，并且应该使用哪一个是模棱两可的。

让我用一个独立的玩具例子来说明冲突：

trait TypedNumber {
    type Raw: Copy;
    fn format_raw(x: Self::Raw) -> String;
}

struct Dollars(i64);
impl TypedNumber for Dollars {
    type Raw = i64;
    fn format_raw(x: i64) -> String {
        format!("${}.{:02}\n", x / 100, x % 100)
    }
}

struct Time(i64);
impl TypedNumber for Time {
    type Raw = i64;
    fn format_raw(x: i64) -> String {
        format!("{}m{:02}s\n", x / 60, x % 60)
    }
}

struct Report(String);
impl<N: TypedNumber> Into<Report> for &[N::Raw] {
    fn into(self) -> Report {
        Report(self.into_iter().copied().map(N::format_raw).collect())
    }
}

fn main() {
    let numbers: Vec<i64> = vec![1, 2, 3];
    let report: Report = (&numbers).into();
    
    // Should this print money or time?
    println!("{}", report.0);
}

这里TypedNumber对应你的PolarsNumericType，我的N::Raw对应你的N::Native。使用这个 trait 和 Into impl，我们可以尝试使用 trait 执行操作，但是应该使用 trait 的哪个实现是不明确的。

另一方面，如果您将转换编写为函数（无论是否在 impl DataFrame 内部，N 都将是函数的参数，因此调用者可以（并且必须, 在这种情况下）在调用处指定它，程序可以编译：

fn report<N: TypedNumber>(data: &[N::Raw]) -> String {
    data.into_iter().copied().map(N::format_raw).collect()
}

fn main() {
    let numbers: Vec<i64> = vec![1, 2, 3];
    println!("{}", report::<Dollars>(&numbers));
    println!("{}", report::<Time>(&numbers));
}

---

为避免此问题，您需要引入一些机会以指定N。不幸的是，我不认为有一个好的方法可以做到这一点——你能做的最多就是引入某种包装类型，它有N 作为类型参数，但是那么你仍然需要指定N 以某种方式，因此您最终会编写像ArrayConvert::<N>::from(data_frame).into() 这样的两步转换，它比现有的to_ndarray<N>() 函数不太整洁。

但是，我对 polars 不是特别熟悉，因此该库的某些细节可能会提供更好的解决方案。