当涉及到多态的代码时，我们需要一个机制来决定哪个具体的版本应该得到执行。这叫做“分发”（dispatch）。大体上有两种形式的分发：静态分发和动态分发。虽然Rust喜欢静态分发，不过它也提供了一个叫做“trait对象”的机制来支持动态分发。 ## 背景 在本章接下来的内容中，我们需要一个trait和一些实现。让我们来创建一个简单的`Foo`。它有一个返回`String`的方法。 ~~~ trait Foo { fn method(&self) -> String; } ~~~ 我们也在`u8`和`String`上实现了这个特性： ~~~ impl Foo for u8 { fn method(&self) -> String { format!("u8: {}", *self) } } impl Foo for String { fn method(&self) -> String { format!("string: {}", *self) } } ~~~ ## 静态分发 我们可以使用trait的限制来进行静态分发： ~~~ fn do_something<T: Foo>(x: T) { x.method(); } fn main() { let x = 5u8; let y = "Hello".to_string(); do_something(x); do_something(y); } ~~~ 在这里Rust用“单态”来进行静态分发。这意味着Rust会为`u8`和`String`分别创建一个特殊版本的的`do_something()`，然后将对`do_something`的调用替换为这些特殊函数。也就是说，Rust生成了一些像这样的函数： ~~~ fn do_something_u8(x: u8) { x.method(); } fn do_something_string(x: String) { x.method(); } fn main() { let x = 5u8; let y = "Hello".to_string(); do_something_u8(x); do_something_string(y); } ~~~ 这有一个很牛的好处：静态分发允许函数被内联调用，因为调用者在编译时就知道它，内联对编译器进行代码优化十分有利。静态分发能提高程序的运行效率，不过相应的也有它的弊端：会导致“代码膨胀”（code bloat）。因为在编译出的二进制程序中，同样的函数，对于每个类型都会有不同的拷贝存在。 此外，编译器也不是完美的并且“优化”后的代码可能更慢。例如，过度的函数内联会导致指令缓存膨胀（缓存控制着我们周围的一切）。这也是为何要谨慎使用`#[inline]`和`#[inline(always)]`的部分原因。另外一个使用动态分发的原因是，在一些情况下，动态分发更有效率。 然而，常规情况下静态分发更有效率，并且我们总是可以写一个小的静态分发的封装函数来进行动态分发，不过反过来不行，这就是说静态调用更加灵活。因为这个原因标准库尽可能的使用了静态分发。 ## 动态分发 Rust通过一个叫做“trait对象”的功能提供动态分发。比如说`&Foo`、`Box`这些就是trait对象。它们是一些值，值中储存实现了特定trait的_任意_类型。它的具体类型只能在运行时才能确定。 从一些实现了特定`trait`的类型的指针中，可以从通过_转型_(casting)（例如，`&x as &Foo`）或者_强制转型_(coercing it)（例如，把`&x`当做参数传递给一个接收`&Foo`类型的函数）来取得trait对象。 这些trait对象的强制多态和转型也适用于类似于`&mut Foo`的`&mut T`以及`Box`的`Box`这样的指针，也就是目前为止我们讨论到的所有指针。强制转型和转型是一样的。 这个操作可以被看作“清除”编译器关于特定类型指针的信息，因此trait对象有时被称为“类型清除”（type erasure）。 回到上面的例子，我们可以使用相同的trait，通过trait对象的转型（casting）来进行动态分发： ~~~ fn do_something(x: &Foo) { x.method(); } fn main() { let x = 5u8; do_something(&x as &Foo); } ~~~ 或者通过强制转型（by concercing）： ~~~ fn do_something(x: &Foo) { x.method(); } fn main() { let x = "Hello".to_string(); do_something(&x); } ~~~ 一个使用trait对象的函数并没有为每个实现了`Foo`的类型专门生成函数：它只有一份函数的代码，一般（但不总是）会减少代码膨胀。然而，因为调用虚函数，会带来更大的运行时开销，也会大大地阻止任何内联以及相关优化的进行。 ### 为什用指针？ 和很多托管语言不一样，Rust默认不用指针来存放数据，因此类型有着不同的大小。在编译时知道值的大小（size），以及了解把值作为参数传递给函数、值在栈上移动、值在堆上分配（或释放）并储存等情况，对于Rust程序员来说是很重要的。 对于`Foo`，我们需要一个值至少是一个`String`（24字节）或一个`u8`（1字节），或者其它crate中可能实现了`Foo`（任意字节）的其他类型。如果值没有使用指针存储，我们无法保证代码能对其他类型正常运作，因为其它类型可以是任意大小的。 用指针来储存值意味着当我们使用trait对象时值的大小（size）是无关的，只与指针的大小（size）有关。 ### 表现（Representation） 可以在一个trait对象上通过一个特殊的函数指针的记录调用的特性函数通常叫做“虚函数表”（由编译器创建和管理）。 trait对象既简单又复杂：它的核心表现和设计是十分直观的，不过这有一些难懂的错误信息和诡异行为有待发掘。 让我们从一个简单的，带有trait对象的运行时表现开始。`std::raw`模块包含与复杂的内建类型有相同结构的结构体，[包括trait对象](http://doc.rust-lang.org/std/raw/struct.TraitObject.html)： ~~~ pub struct TraitObject { pub data: *mut (), pub vtable: *mut (), } ~~~ 这就是了，一个trait对象就像包含一个“数据”指针和“虚函数表”指针的`&Foo`。 数据指针指向trait对象保存的数据（某个未知的类型`T`），和一个虚表指针指向对应`T`的`Foo`实现的虚函数表。 一个虚表本质上是一个函数指针的结构体，指向每个函数实现的具体机器码。一个像`trait_object.method()`的函数调用会从虚表中取出正确的指针然后进行一个动态调用。例如： ~~~ struct FooVtable { destructor: fn(*mut ()), size: usize, align: usize, method: fn(*const ()) -> String, } // u8: fn call_method_on_u8(x: *const ()) -> String { // the compiler guarantees that this function is only called // with `x` pointing to a u8 let byte: &u8 = unsafe { &*(x as *const u8) }; byte.method() } static Foo_for_u8_vtable: FooVtable = FooVtable { destructor: /* compiler magic */, size: 1, align: 1, // cast to a function pointer method: call_method_on_u8 as fn(*const ()) -> String, }; // String: fn call_method_on_String(x: *const ()) -> String { // the compiler guarantees that this function is only called // with `x` pointing to a String let string: &String = unsafe { &*(x as *const String) }; string.method() } static Foo_for_String_vtable: FooVtable = FooVtable { destructor: /* compiler magic */, // values for a 64-bit computer, halve them for 32-bit ones size: 24, align: 8, method: call_method_on_String as fn(*const ()) -> String, }; ~~~ 在每个虚表中的`destructor`字段指向一个会清理虚表类型的任何资源的函数，对于`u8`是普通的，不过对于`String`它会释放内存。这对于像`Box`这类有所有权的trait对象来说是必要的，它需要在离开作用域后清理`Box`分配和他内部的类型。`size`和`align`字段储存需要清除类型的大小和它的对齐情况；它们原理上是无用的因为这些信息已经嵌入了析构函数中，不过在将来会被使用到，因为trait对象正日益变得更灵活。 假设我们有一些实现了`Foo`的值，那么显式的创建和使用`Foo`trait对象可能看起来有点像这个（忽略不匹配的类型，它们只是指针而已）： ~~~ let a: String = "foo".to_string(); let x: u8 = 1; // let b: &Foo = &a; let b = TraitObject { // store the data data: &a, // store the methods vtable: &Foo_for_String_vtable }; // let y: &Foo = x; let y = TraitObject { // store the data data: &x, // store the methods vtable: &Foo_for_u8_vtable }; // b.method(); (b.vtable.method)(b.data); // y.method(); (y.vtable.method)(y.data); ~~~ 如果`b`或`y`拥有trait对象（`Box`），在它们离开作用域后会有一个`(b.vtable.destructor)(b.data)`（相应的还有`y`的）调用。