std1.97.1——default模块和clone模块总览-171主机测评

0. 引言

default模块中只有Default Trait，clone模块中只有Clone Trait。

1. Default Trait(不是dyn兼容的)

pub trait Default: Sized {
// 必须实现的方法
fn default() -> Self;
}

一个用于为类型提供有效默认值的trait。在为类型实现Default前，必须实现Sized。有时，你会想回退到某种默认值，而不特别关心它具体是什么。这种情况常见于定义一组选项的struct：

struct SomeOptions {
foo: i32,
bar: f32,
}

我们如何定义一些默认值呢？可以使用derive，要求结构体中每个字段的类型都实现了Default trait：

#[derive(Debug, Default)]
struct SomeOptions {
foo: i32,
bar: f32,
}

fn main() {
let options: SomeOptions = Default::default();
println!("{:?}", options);
}

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1.1 可派生

如果类型的所有字段都实现了Default trait，就可以对该trait使用#[derive]。派生时，它会为每个字段使用其类型的默认值。

1.1.1 枚举

在enum上使用#[derive(Default)]时，需要选择哪个单元变体作为默认值。做法是将#[default]属性放在该变体上。

#[derive(Default)]
enum Kind {
#[default]
A,
B,
C,
}

不能非单元变体或非穷尽变体上使用#[default]属性。

1.2 如何实现Default trait

为default()方法提供一个实现，返回你的类型中应作为默认值的那个值。

enum Kind {
A,
B,
C,
}

impl Default for Kind {
fn default() -> Self {
Kind::A
}
}

1.3 必需方法

方法签名：

fn default() -> Self;

返回类型的默认值。默认值通常是某种初始值、单位元，或任何作为默认值有意义的东西。

2. Clone Trait(不是dyn兼容的)

pub trait Clone: Sized {
// 必需方法
fn clone(&self) -> Self;
// 提供方法
fn clone_from(&mut self, source: &Self) { … }
}

一个允许显式创建值副本的常用trait。调用clone总会产生一个新值。但对于指向其他数据的类型，新值可能仍指向相同的底层数据，而非复制它。这一区别在包含Arc<Mutex<T>>之类智能指针的结构体上使用#[derive(Clone)]时尤为重要——克隆出的结构体会与原结构体共享可变状态。与Copy的区别在于：Copy是隐式的，开销低廉的按位复制，而Clone总是显式的，开销可能大也可能小。Copy没有方法，因此无法改变其行为；但实现Clone时，你提供的clone方法可能运行任意代码。

2.1 可派生

如果所有字段都是Clone的，就可以对该trait使用#[derive]。derive出的Clone实现会对每个字段调用clone。对于泛型结构体，#[derive]会通过在泛型参数上添加Clone约束来有条件地实现Clone trait。

// 当T实现了Clone trait时，derive为Reading<T>实现Clone trait
#[derive(Clone)]
struct Reading<T> {
frequency: T,
}

2.2 如何实现Clone

属于Copy的类型应当有简单的Clone实现。若T: Copy、x: T且y: &T，则let x = y.clone();等价于lext x = *y;。手动实现时应小心维护这一不等式。但unsafe代码不得依赖它来保证内存安全。一个例子是持有函数指针的泛型结构体。这种情况下Clone的实现无法通过derive获得，但可以这样实现：

struct Generate<T>(fn() -> T);

impl<T> Copy for Generate<T> {}

impl<T> Clone for Generate<T> {
fn clone(&self) -> Self {
*self
}
}

如果我们使用derive：

#[derive(Clone, Copy)]
struct Generate<T>(fn() -> T);

自动派生的实现会带有不必要的T: Copy和T: Clone约束：

// 自动派生
impl<T: Copy> Copy for Generate<T> {}
// 自动派生
impl<T: Clone> Clone for Generate<T> {
fn clone(&self) -> Generate<T> {
Generate(Clone::clone(&self.0))
}
}

这些约束是不必要的，因为函数指针本身是可复制、可克隆的，即使其返回类型不是：

#[derive(Clone, Copy)]
struct Generate<T>(fn() -> T);

struct NotCloneable;

fn generate_not_cloneable() -> NotCloneable {
NotCloneable
}

fn main() {
let _ = Generate(generate_not_cloneable).clone();
}

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2.3 Clone与PartialEq/Eq

Clone用于对象的复制。因此，同时实现Clone和PartialEq时，以下性质应当成立： x == x -> x.clone() == x 换句话说，如果一个对象与自身比较相等，那么它的克隆也必须与原对象比较相等。对于还实现了Eq trait的类型，x == x对其总是成立，这蕴含着x.clone() == x必须始终为真。标准库集集合如HashMap、HashSet、BTreeMap、BTreeSet和BinaryHeap的正确行为依赖其键遵守该性质。此外，这些集合要求克隆键后保持Hash和Ord方法的结果不变。所幸，只要Hash和Ordan各自的要求正确实现，这一点会自动从x.clone() == x中得出。使用#[derive(Clone, PartialEq)]同时派生Clone和PartialEq，或用#[derive(Clone, PartialEq, Eq)]额外派生Eq时，该性质会自动得到维护——前提是底层类型满足它。违反该性质属于逻辑错误。逻辑错误导致的行为未作规定，但该trait的实现者必须确保此类逻辑错误不会导致未定义行为。这意味着unsafe代码不得依赖该性质成立。

2.4 额外实现者

标准库中很多类型实现了Clone trait，不在这里列出，等讲到该类型的时候在实现的trait中讲述。以下类型也实现了Clone trait：函数项类型(为每个函数定义的独立类型) 函数指针类型(fn() -> i32) 闭包类型——前提是不从环境中捕获任何值，或所有被捕获的值自身都实现了Clone trait。以共享引用捕获的变量总是实现Clone(即使被指者不实现)，而以可变引用捕获的变量从不实现Clone。

2.5 必需方法

方法签名：

fn clone(&self) -> Self;

返回该值的一个副本。副本的含义因类型而异：对于大多数类型，这会创建一个深度独立的副本。对&T这样的引用类型，会创建指向同一个值的另一个引用。对Arc或Rc这样的智能指针，这会增加引用计数，但仍指向相同的底层数据。

fn main() {
let hello = "hello"; // &str实现了Clone
println!("{}", hello.clone());
}

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use std::sync::{Arc, Mutex};

fn main() {
let data = Arc::new(Mutex::new(vec![1, 2, 3]));
let data_clone = data.clone(); // 对同一个Mutex创建另一个Arc指针
{
let mut lock = data.lock().unwrap();
lock.push(4);
}
// data_clone也改变了，因为它们共享同一份底层数据
println!("{:?}", data_clone.lock().unwrap());
}

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2.6 提供方法

方法签名：

fn clone_from(&mut self, source: &Self)

从source执行复制赋值。 a.clone_from(&b)在功能上等价于a = b.clone()，但可以被重写以复用a的资源，避免不必要的分配。

参考

1、Rust std::default 2、Rust std::clone

std1.97.1——default模块和clone模块总览

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