理解 Rust 类型系统 #0

作为系列文章的开始，本文整理了 Rust 的类型系统。

所有内容参考 https://doc.rust-lang.org/reference/types.html，但分类标准略有不同。增加了部分注释。

基本数据类型

积类型

元组 (tuple)

由任意多个同种或异种类型的元素捆绑组成的类型，根据用户指定的元组成员顺序，每个元素与相应的顺序号 0、1、2……绑定。

支持空元组 ()，空元组又称为单元类型 (unit type)。

注意 Rust 并不保证元组的物理存储顺序，有可能与元素的顺序号不同。

结构体 (struct)

由任意多个同种或异种类型的元素捆绑组成的类型，每个元素各自与一个名称（结构体成员）绑定。支持空结构体 StructType {}。

与元组相似，Rust 不保证结构体成员的物理存储顺序。

数组 (array)

由固定个数的同种类型的元素按顺序排列组成的类型。

数组的所有成员在内存中总是按顺序紧接着存储，对于数组类型 [T; N]，总是可以在数组起始位置上增加偏移量 n * size_of::<T> 来找到第 n 个元素。

切片 (slice)

切片类型是动态大小类型（DST），表示一组同种元素组成的序列的「视图」。通常与指针类型结合使用。

和类型

枚举 (enum)

与 C 语言的 union 类似，但是各种可能的类型通过标记（枚举值）区分。

每个成员可以是结构体、元组或单元类型。如果所有成员均为单元类型，则与 C 语言的枚举等同。

由于 Rust 的枚举可通过标记区分到底是哪一种成员的值，因此访问枚举成员是安全的。

联合 (union)

与 C 语言的 union 相同，可在多种类型的合法值集合的并集中取值。

编译器无法通过类型系统确定一个 union 具体取了哪种成员的值，因此通过 union 成员取值是不安全的。

函数类型

函数 (function)

通过 fn 关键字定义的函数的类型。每个通过 fn 定义的函数都具有唯一对应的函数类型³。

注意，函数的名称和泛型参数也都是函数类型的一部分。函数类型可以隐式转换为函数指针类型，此时会舍去函数名称部分。

两个不同名但参数列表和返回值类型都相同的函数，属于不同类型，但可以隐式转换为相同的函数指针类型。

闭包 (closure)

通过闭包表达式定义的闭包所具有的匿名类型，无法在源代码中显式写出。类似于带有捕获变量、定义了调用方法的结构体。

指针类型

引用 (reference)

通过 & 或 &mut 标记（分别表示不可以/可以通过该引用修改被引用的值）指定的变量引用。

裸指针 (raw pointer)

通过 *const 或 *mut 标记（分别表示不可以/可以通过该指针修改指向的值）指定的裸指针。解引用裸指针是不安全操作。

函数指针 (function pointer)

通过参数列表、返回值类型和调用约定指定的函数指针。

当且仅当指定了使用 C 语言调用约定（extern "C" 或 extern "cdecl"）时，可以使用可变参数。

特征类型

特征对象 (trait object)

通过 dyn 关键字加一个或多个特征约束（其中至多有一个非自动特征 (non-auto trait)）以及可选生命周期约束指定的类型。特征对象自动实现了所有在约束中指定的特征。

特征对象的值可以是任何满足全部约束的类型的值，因此特征对象类型是动态大小类型，通常结合指针类型使用。此时特征对象指针是一个胖指针 (fat pointer)，包括一个指向实际数据的指针和相应特征的虚函数表，可以实现后期绑定。

匿名参数类型/抽象返回类型 (impl trait)

通过 impl 关键字加一个或多个特征约束指定的匿名类型，可以出现在函数参数或函数返回值处。

出现在函数参数时，语义与泛型参数类似，但调用者无法使用 Turbofish 语法强制指定实际的参数类型。

出现在返回值时，表示一个抽象返回类型（可能由于实际的返回类型名称过长，或者希望通过返回类型提示相应的接口、但不希望调用者关心具体实现）。函数实现需要给出函数的实际返回值，这个实际返回值的类型将是抽象返回类型对应的实际返回类型。