reflection - Rust 是如何实现反射的？

Question

Rust 具有 Any 特性，但它也有“不为你不使用的东西付费”的政策。 Rust 是如何实现反射的？

我的猜测是 Rust 使用惰性标记。每个类型最初都是未分配的，但后来如果该类型的一个实例被传递给需要 Any 特征的函数，则该类型被分配一个 TypeId。

或者也许 Rust 将 TypeId 放在它的实例可能传递给该函数的每个类型上？我猜前者会很贵。

Answer 1

首先，Rust 没有反射；反射意味着您可以在运行时获取有关类型的详细信息，例如字段、方法、它实现的接口(interface)等。等等您不能用 Rust 做到这一点。您可以获得的最接近的是显式实现(或派生)提供此信息的特征。

每种类型都有一个 TypeId在编译时分配给它。因为具有全局排序的 ID 是困难，所以 ID 是一个整数，它是从类型的定义和关于包含它的 crate 的各种元数据的组合派生的。换句话说:它们没有按任何顺序分配，它们只是用于定义类型的各种信息的散列。 [1]

如果您查看 source for the Any trait ，您将看到 Any 的单一实现:

impl<T: 'static + ?Sized > Any for T {
    fn get_type_id(&self) -> TypeId { TypeId::of::<T>() }
}

(边界可以非正式地简化为“不是从其他东西借来的所有类型”。)

您还可以找到 TypeId 的定义:

pub struct TypeId {
    t: u64,
}

impl TypeId {
    pub const fn of<T: ?Sized + 'static>() -> TypeId {
        TypeId {
            t: unsafe { intrinsics::type_id::<T>() },
        }
    }
}

intrinsics::type_id是编译器识别的内部函数，给定类型，返回其内部类型 ID。这个调用只是在编译时被替换为文字整数类型 ID；这里没有实际 调用。 [2] 就是这样TypeId知道类型的 ID 是什么。 TypeId ，然后，只是这个 u64 的包装器向用户隐藏实现细节。如果你觉得它在概念上更简单，你可以想到一个类型的 TypeId作为编译器在编译时知道的常量 64 位整数。

Any从 get_type_id 转发到此，意思是 get_type_id 真的只是将特征方法绑定(bind)到适当的 TypeId::of方法。它只是为了确保如果你有 Any , 你可以找出原始类型的 TypeId .

现在，Any为大多数 类型实现，但这并不意味着所有这些类型实际上都有 Any实现在内存中 float 。实际发生的是，编译器只为类型的 Any 生成实际代码。如果某人编写了需要它的代码，则实现。 [3] 换句话说，如果您从不使用 Any对于给定类型的实现，编译器永远不会生成它。

这就是 Rust 实现“不为你不用的东西付费”的方式:如果你从未将给定类型作为 &Any 传递或 Box<Any> ，则永远不会生成关联的代码，也不会占用编译后的二进制文件中的任何空间。

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[1]:令人沮丧的是，这意味着类型的 TypeId可以更改值，具体取决于如何库被编译，以至于将其编译为依赖项(而不是独立构建)会导致TypeId我们要改变。

[2]:据我所知。我可能在这方面是错的，但如果是这样的话，我真的会感到惊讶。

[3]:这对于 Rust 中的泛型通常是正确的。