Question

在下面的代码中，无法通过对实现相同特征的动态大小类型的引用获得对特征对象的引用。为什么会这样呢？如果&dyn Trait和&(?Sized + Trait)可以同时调用特征方法，到底有什么区别？

实现FooTraitContainerTrait的类型例如具有type Contained = dyn FooTrait或type Contained = T，其中T是实现FooTrait的具体类型。在这两种情况下，都很难获得&dyn FooTrait。我想不出另一种情况，这是行不通的。为什么在FooTraitContainerTrait的一般情况下无法做到这一点？

trait FooTrait {
    fn foo(&self) -> f64;
}

///

trait FooTraitContainerTrait {
    type Contained: ?Sized + FooTrait;
    fn get_ref(&self) -> &Self::Contained;
}

///

fn foo_dyn(dyn_some_foo: &dyn FooTrait) -> f64 {
    dyn_some_foo.foo()
}

fn foo_generic<T: ?Sized + FooTrait>(some_foo: &T) -> f64 {
    some_foo.foo()
}

///

fn foo_on_container<C: FooTraitContainerTrait>(containing_a_foo: &C) -> f64 {
    let some_foo = containing_a_foo.get_ref();
    // Following line doesn't work:
    //foo_dyn(some_foo)
    // Following line works:
    //some_foo.foo()
    // As does this:
    foo_generic(some_foo)
}

取消注释foo_dyn(some_foo)行会导致编译器错误

error[E0277]: the size for values of type `<C as FooTraitContainerTrait>::Contained` cannot be known at compilation time
  --> src/main.rs:27:22
   |
27 |     foo_dyn(contained)
   |             ^^^^^^^^^ doesn't have a size known at compile-time
   |
   = help: the trait `std::marker::Sized` is not implemented for `<C as FooTraitContainerTrait>::Contained`
   = note: to learn more, visit <https://doc.rust-lang.org/book/ch19-04-advanced-types.html#dynamically-sized-types-and-the-sized-trait>
   = help: consider adding a `where <C as FooTraitContainerTrait>::Contained: std::marker::Sized` bound
   = note: required for the cast to the object type `dyn FooTrait`

Answer 1

此问题可以简化为以下简单示例（感谢turbulencetoo）：

trait Foo {}

fn make_dyn<T: Foo + ?Sized>(arg: &T) -> &dyn Foo {
    arg
}

乍一看，就像您观察到的那样，看起来确实应该编译：

如果T是Sized，则编译器静态地知道应使用哪个vtable创建特征对象；
如果T是dyn Foo，则vtable指针是引用的一部分，可以直接复制到输出中。

但是还有第三种可能性在工作中投入扳手：

如果T是不是 dyn Foo的某种大小不定的类型，即使该特征是对象安全的，也没有impl Foo for T的vtable。

没有vtable的原因是因为用于具体类型的vtable假定self指针是精简指针。当您在dyn Trait对象上调用方法时，将使用vtable指针查找函数指针，并且仅将数据指针传递给该函数。

但是，假设您为一个无尺寸的类型实现了一个（n个对象安全的）特征：

trait Bar {}
trait Foo {
    fn foo(&self);
}

impl Foo for dyn Bar {
    fn foo(&self) {/* self is a fat pointer here */}
}

如果为此impl有一个 vem表，则它必须接受 fat </ em>指针，因为impl可以使用{ {1}}会在Bar上动态调度。

这会导致两个问题：

在self对象中没有存储Bar vtable指针的对象，该对象只有两个指针（数据指针和&dyn Foo vtable指针）。

即使您同时拥有两个指针，也无法将“胖指针” vtable与“瘦指针” vtable混合使用和匹配，因为它们必须以不同的方式调用。

因此，即使Foo实现了dyn Bar，也无法将Foo变成&dyn Bar。

尽管未使用vtables实现切片（另一种未调整大小的类型），但指向它们的指针仍然很胖，因此对&dyn Foo也有相同的限制。

在某些情况下，您可以使用CoerceUnsized（仅在Rust 1.36起每晚使用）来表示“必须对impl Foo for [i32]强制”的边界。不幸的是，我不知道如何在您的情况下应用此功能。

另请参见

What is a "fat pointer" in Rust?

Use trait object to pass str in rust有一个具体示例，该实例是对不能强制对特征对象的引用的非大小类型（&dyn FooTrait）的引用。

Answer 2

不确定是否能解决您的具体问题，但是我确实通过以下技巧解决了我的问题：

我向FooTrait添加了以下方法：

fn as_dyn(&self) -> &dyn FooTrait;

无法提供默认的impl（因为它要求Self为Sized，但是将FooTrait约束为Sized则禁止为其创建特征对象... ）。

但是，对于所有Sized实现，它都是简单实现的

fn as_dyn(&self) -> &dyn FooTrait { self }

因此，基本上，它约束了FooTrait的所有实现的大小，除了dyn FooTrait之外。

Try it on the playground

Answer 3

此blog的参考，它很好地解释了胖指针。

感谢trentcl将问题简化为：

trait Foo {}

fn make_dyn<T: Foo + ?Sized>(arg: &T) -> &dyn Foo {
    arg
}

这带来了如何在不同的?Sized之间进行投射？

要回答这个问题，让我们首先看一下Unsized类型Trait的实现。

trait Bar {
    fn bar_method(&self) {
        println!("this is bar");
    }
}

trait Foo: Bar {
    fn foo_method(&self) {
        println!("this is foo");
    }
}

impl Bar for u8 {}
impl Foo for u8 {}

fn main() {
    let x: u8 = 35;
    let foo: &dyn Foo = &x;
    // can I do
    // let bar: &dyn Bar = foo;
}

那么，你可以let bar: &dyn Bar = foo;吗？

// below is all pseudo code
pub struct TraitObjectFoo {
    data: *mut (),
    vtable_ptr: &VTableFoo,
}

pub struct VTableFoo {
    layout: Layout,
    // destructor
    drop_in_place: unsafe fn(*mut ()),
    // methods shown in deterministic order
    foo_method: fn(*mut ()),
    bar_method: fn(*mut ()),
}

// fields contains Foo and Bar method addresses for u8 implementation
static VTABLE_FOO_FOR_U8: VTableFoo = VTableFoo { ... };

通过伪代码，我们可以知道

// let foo: &dyn Foo = &x;
let foo = TraitObjectFoo {&x, &VTABLE_FOO_FOR_U8};
// let bar: &dyn Bar = foo;
// C++ syntax for contructor
let bar = TraitObjectBar(TraitObjectFoo {&x, &VTABLE_FOO_FOR_U8});

bar类型为TraitObjectBar，而不是TraitObjectFoo类型。也就是说，您不能将一种类型的结构分配给另一种不同的类型（在rust中，在C ++中，您可以使用reinterpret_cast）。

具有另一种间接访问级别：

impl Bar for dyn Foo {
...
}

let bar: &dyn Bar = &foo;
// TraitObjectFoo {&foo, &VTABLE_FOO_FOR_DYN_FOO}

Slice也是如此。

此trick可以完成投射不同的Unsized的解决方法：

// blanket impl for all sized types, this allows for a very large majority of use-cases
impl<T: Bar> AsBar for T {
    fn as_bar(&self) -> &dyn Bar { self }
}

// a helper-trait to do the conversion
trait AsBar {
    fn as_bar(&self) -> &dyn Bar;
}

// note that Bar requires `AsBar`, this is what allows you to call `as_bar`
// from a trait object of something that requires `Bar` as a super-trait
trait Bar: AsBar {
    fn bar_method(&self) {
        println!("this is bar");
    }
}

// no change here
trait Foo: Bar {
    fn foo_method(&self) {
        println!("this is foo");
    }
}

为什么不能将&&（Sized + Trait）强制转换为＆dyn Trait？

3 个答案:

另请参见