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我正在尝试自学 Rust,作为一个具有挑战性的学习项目,我想复制 C++ 表达式模板库的设计模式 boost::yap .我不想要一个完整的实现,我只想要一个小型演示程序来了解 Rust 的泛型是否足够强大以实现它并在此过程中学到一些东西。
我想出了一个主意,但目前卡住了。我的问题是双重的:
这是我到目前为止的想法。
我有一个枚举 E
表示所有支持的操作。在实践中,它将采用两个通用参数来表示任何二元运算的左侧和右侧表达式,并且会有称为 Add
的变体。 , Mul
, Sub
等等。我会实现特征 std::ops::{Add, Mul, Sub}
等 E<U>
.
然而,为了演示目的,我们假设我们只有两个变体,Terminal
表示一个包含值的表达式,Neg
是目前唯一受支持的一元运算。
use std::ops::Neg;
enum E<U> {
Terminal(U),
Neg(U)
}
impl<U> Neg for E<U> {
type Output = E<E<U>>;
fn neg(self) -> Self::Output {
E::Neg(self)
}
}
接下来,我实现一个特征 Transform
这让我可以通过带有闭包的子表达式来遍历表达式。一旦返回Some(_)
,闭包将停止递归。 .这就是我想出的(代码无法编译):
trait Transform<Arg = Self> {
fn transform<R,F>(&self, _f: F) -> Option<R>
where F: FnMut(&Arg) -> Option<R>
{
None
}
}
impl<U> Transform for E<U>
where U : Transform<U> + Neg
{
fn transform<R,F>(&self, mut f: F) -> Option<R>
where F: FnMut(&Self) -> Option<R>
{
// CASE 1/3: Match! return f(self)
if let Some(v) = f(self) { return Some(v); };
match self {
E::Terminal(_) => None, // CASE 2/3: We have reached a leaf-expression, no match!
E::Neg(x) => { // CASE 3/3: Recurse and apply operation to result
x.transform(f).map(|y| -y) // <- error[E0277]: expected a `FnMut<(&U,)>` closure, found `F`
}
}
}
}
这是编译错误:
error[E0277]: expected a `FnMut<(&U,)>` closure, found `F`
--> src/main.rs:36:29
|
36 | x.transform(f).map(|y| -y) // <- error[E0277]: expected a `Fn<(&U,)>` closure, found `F`
| ^ expected an `FnMut<(&U,)>` closure, found `F`
|
help: consider further restricting this bound
|
28 | where F: FnMut(&Self) -> Option<R> + for<'r> std::ops::FnMut<(&'r U,)>
| +++++++++++++++++++++++++++++++++++
这是我的问题 1/2: 我想传递一个可以同时处理 Self
的闭包和 U
对于 E<U>
(因此也接受 E<E<U>>
和 E<E<E<U>>>
...)。可以对 Rust 中的泛型类型这样做吗?或者,如果我的方法是错误的,那么正确的做法是什么?在 C++ 中,我会使用 SFINAE 或 if constexpr
.
下面是对表达式模板库的一个小测试,看看如何使用它:
fn main() {
//This is needed, because of the trait bound `U: Transform` for `Transform`
//Seems like an unnecessary burden on the user...
impl Transform for i32{}
// An expression template
let y = E::Neg(E::Neg(E::Neg(E::Terminal(42))));
// A transform that counts the number of nestings
let mut count = 0;
y.transform(|x| {
match x {
E::Neg(_) => {
count+=1;
None
}
_ => Some(()) // must return something. It doesn't matter what here.
}
});
assert_eq!(count, 3);
// a transform that replaces the terminal in y with E::Terminal(5)
let expr = y.transform(|x| {
match x {
E::Terminal(_) => Some(E::Terminal(5)),
_ => None
}
}).unwrap();
// a transform that evaluates the expression
// (note: should be provided as method for E<U>)
let result = expr.transform(|x| {
match *x {
E::Terminal(v) => Some(v),
_ => None
}
}).unwrap();
assert_eq!(result, -5);
}
我的问题 2/2 不是一个交易破坏者,但我想知道是否有某种方法可以让代码在没有这一行的情况下工作:
impl Transform for u32{}
我认为必须这样做对这样一个库的用户来说是一件麻烦事。问题是,我有特征绑定(bind) U: Transform
关于执行Transform
对于 E<U>
.我觉得不稳定的特化功能可能会在这里有所帮助,但如果这可以用稳定的 Rust 来完成,那就太棒了。
这是 rust playground link .
如果其他人遇到这个问题,这里是一个 rust playground link实现已接受答案的解决方案。它还清除了上面代码中的一些小问题。
最佳答案
这看起来像一个 Visitor pattern对我来说。
解决方案here看起来与您正在尝试做的相似。
与您尝试的不同之处在于,U 类型放在Box<U>
中的堆上(想想 C++ 中的 unique_ptr<U>
),这使得整个 E 大小固定(独立于具体的 U)。
除了让编译器乐于统一 F 和 Transform 的类型以便它可以同时处理 E 和 U 之外,F 的特征参数可能需要像 Box<dyn Transform>
一样被装箱。 (这大致类似于将 transform
标记为 C++ 中的虚拟方法,以便能够通过知道如何在运行时查找特定实现的“智能”指针调用它)。打开包装x: U
使用匹配,应该可以制作 Box::<dyn Transform>::new(x)
从它开始 U : Transform
.有了那个 F 就会接受它。
如果没有 Box,我认为唯一的其他解决方案是使用宏,并为每种类型显式生成方法。
关于generics - Rust 中的表达式模板实现类似于 boost::yap,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/70139404/
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