如何在 Rust 中定义递归特征？

问题描述

首先，我知道如果我想定义递归结构，我可以使用 Box。例如，

struct LinkNode {
    next: Option<Box<LinkNode>>
}

impl LinkNode{
    fn get_next(&self) -> Option<Box<LinkNode>>{
        None
    }
    fn append_next(&mut self,next: LinkNode) -> Self{
        self
    }
}

但是如何通过模板或特征对象在这些结构上创建特征？由于 fn append_next(...) -> Self 的存在，我无法像这样直接创建 trait 对象：

pub trait Linkable {
    fn get_next(&self) -> Option<Box<dyn Linkable>>; 
    fn append_next(&mut self,next: impl Linkable) -> Self;
}

我们不能为 Option<Box<impl Linkable>> 返回 impl Linkable 或 fn get_next(&self)。

然后我通过通用模板尝试了以下实现，但它不起作用。因为我在构造一个新的T时需要递归分配LinkNode的类型。

pub trait Linkable<T:Linkable<T> + Clone> : Clone {
    fn get_next(&self) -> Option<Box<T>>;
    fn append_next(&mut self,next: T) -> Self;
}

我最终以这种方式实现了它，通过创建其他特性来提供帮助。它运作良好。再说一遍……还有其他更好的方法吗？

pub trait Linkable: LinkClone{
    fn get_next(&self) -> Option<Box<dyn Linkable>>;
}

pub trait LinkAppend {
    fn append_next(&mut self,next: Box<dyn Linkable>) -> Box<dyn Linkable>;
}
pub trait LinkClone{
    fn clone_Box(&self) -> Box<dyn Linkable>;
}

impl<T> LinkClonefor T
where
    T: 'static + Linkable+ LinkAppend + Clone,{
    fn clone_Box(&self) -> Box<dyn Linkable> {
        Box::new(self.clone())
    }
}

impl Clone for Box<dyn Linkable> {
    fn clone(&self) -> Box<dyn Linkable> {
        self.clone_Box()
    }
}

顺便说一句，在上面的探索过程中，我还有一些其他问题：为什么 Rust 禁止使用 impl Linkable 糖，例如 Box<impl Linkale>？为什么在特征中禁止返回 impl Linkable？

在Ibraheem回答后更新：

除了来自 Ibraheem 的关联类型实现，这样工作也很好。核心思想是避免 trait 中的递归类型声明。

pub trait Linkable {
    fn get_next<T:Linkable>(&self) -> Next<T>; 
    fn append_next<T:Linkable>(&mut self,next: Next<T>) -> Self;
}

struct Next<T: Linkable> {
    node: T,}

这在另一个 question: Can I define a trait with a type parameter of itself in Rust?

解决方法

Linkable 可以具有名为 Next 的关联类型。

pub trait Linkable {
    type Next: Linkable;
}

get_next 现在返回 Self::Next 类型的实例，append_next 将 Self::Next 作为参数：

pub trait Linkable {
    type Next: Linkable;
    
    fn get_next(&self) -> Option<Self::Next>;
    fn append_next(&mut self,next: Self::Next) -> &Self;
}

现在您可以为 Linkable 实现 Linknode：

impl Linkable for LinkNode {
    type Next = LinkNode;
    
    fn get_next(&self) -> Option<Box<LinkNode>> { 
        None
    }
    fn append_next(&mut self,next: LinkNode) -> &Self {
        self
    }
}

为什么 Rust 禁止 impl Linkable 糖，比如 Box？为什么在特征中禁止返回 impl Linkable ？

您可以参考 Is it possible to use impl Trait as a function's return type in a trait definition? 以获得此问题的答案。

rust trait-objects