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rust - 如何共享堆分配的特征对象？

问题描述

我有一个特征和一个实现该特征的结构（一个特征对象）。我想在堆上分配我的特征对象并让其他结构引用它们。

框字段

trait Material {}

struct Iron {}

impl Material for Iron {}

// It works, but takes ownership of boxes.
struct Sphere {
    radius: f64,
    material: Box<dyn Material>,
}

这段代码有效，但我不能让两个球体共享相同的Material，因为Box拥有材料，球体拥有它的Box场。

参考字段

我的下一个尝试是使用普通参考而不是Box：

struct Sphere<'a> {
    radius: f64,
    material: &'a dyn Material,
}

这也有效，但据我了解，我Material的 s 将分配在堆栈而不是堆上。如果Material值真的很大而且我宁愿把它放在堆上怎么办？这导致我采用下一种无法编译的方法：

引用框

struct Sphere<'a> {
    radius: f64,
    material: &'a Box<dyn Material>,
}

fn main() {
    let m1 = &Box::new(Iron {});
    let s1 = Sphere {
        radius: 1.0,
        material: m1,
    };
    assert_eq!(s1.radius, 1.0);
}

这给了我以下错误：

error[E0308]: mismatched types
  --> src/main.rs:16:19
   |
16 |         material: m1,
   |                   ^^ expected trait Material, found struct `Iron`
   |
   = note: expected type `&std::boxed::Box<(dyn Material + 'static)>`
              found type `&std::boxed::Box<Iron>`

我不太确定'static该类型的来源，并且看起来它混淆了类型检查器。否则dyn Material，Iron据我所知可以统一。

操场

标签： rusttraitstrait-objects

解决方案

Rc或者Arc

当您需要共享所有权时，Rc或者Arc通常是第一个使用的工具。这些类型通过引用计数实现共享，因此克隆一个很便宜（只需复制一个指针并增加 refcount）。在这种情况下，两者都可以轻松工作：

struct Sphere {
    radius: f64,
    material: Rc<dyn Material>,
}

let m1 = Rc::new(Iron {});
let s1 = Sphere {
    radius: 1.0,
    material: m1,
};

m1是具体的类型Rc<Iron>，但因为它实现了traitCoerceUnsized，它可以在期望. 您可以通过ing使多个s 引用相同的材​​料。（完整示例）Rc<dyn Material>Sphereclonem1

Rc和之间的区别在于Arc它Arc可以安全地用于多个线程之间的共享，但Rc不是。（另请参阅何时使用 Rc 与 Box？）

参考

至于您的参考示例：

这也有效，但据我了解，我的材料将分配在堆栈而不是堆上。

确实，生命周期是从堆栈派生的，但引用本身并不需要指向堆栈上的某些东西。例如，您可以通过取消引用来引用Ta中的：Box<T>Box

struct Sphere<'a> {
    radius: f64,
    material: &'a dyn Material,
}

let m1 = Box::new(Iron {});
let s1 = Sphere {
    radius: 1.0,
    material: &*m1, // dereference the `Box` and get a reference to the inside
};
let s2 = Sphere {
    radius: 2.0,
    material: &*m1,
};

这甚至比使用更便宜，Rc因为&引用是Copy可以的，但是即使它Iron本身存储在堆上，指向它的引用仍然绑定到堆栈变量的生命周期m1。如果你不能使m1寿命足够长，你可能想要使用Rc而不是简单的引用。

参考一个Box

这种方法也应该有效，尽管它是不必要的。它不这样做的原因是，尽管您可以将 a 强制Box<Iron>为 a Box<dyn Material>，但您不能将 a强制&Box<Iron>为 a &Box<dyn Material>；类型不兼容。相反，您需要创建一个类型的堆栈变量，Box<dyn Material>以便您可以引用它。

let m1: Box<dyn Material> = Box::new(Iron {}); // coercion happens here
let s1 = Sphere {
    radius: 1.0,
    material: &m1,  // so that this reference is the right type
};

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