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泛型
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核心定义
泛型是 Rust 的参数化多态机制，允许在函数、结构体、枚举等中使用类型占位符（如 T）。编译时会进行单态化（Monomorphization）：
- 为每个具体类型生成专用副本
- 消除运行时开销
- 确保类型安全 提供代码复用和抽象能力，同时保持零成本抽象性能。
工作原理
- 编写泛型代码（如
fn foo<T>(v: &[T]) {...}） - 编译器检测实际调用类型（如
i32/String） - 为每个类型生成专用版本（
foo_i32/foo_String） - 编译优化消除重复代码
- 最终二进制包含类型特化函数副本
flowchart TD A[定义泛型函数 fn foo] --> B[调用 foo:: ] A --> C[调用 foo:: ] B --> D[生成 foo_i32 特化版本] C --> E[生成 foo_String 特化版本] D & E --> F[编译为机器码]
关键点
- 单态化优势：编译期生成具体类型代码，零运行时开销
- 特质约束：通过
T: Trait限制泛型类型能力（如T: Clone） - 性能等同手写：生成的专用代码与手动编写效率相同
- 结构体泛型：
struct Point<T> { x: T, y: T } - 枚举泛型：
Option<T>/Result<T, E>是标准库范例 - 常量泛型：Rust 1.51+ 支持值参数（如
[T; N]）
常见误区
- 过度泛化：为不必要场景使用泛型增加复杂性
- 特质遗漏：未添加必要约束（如尝试
T + T但未约束Add） - 二进制膨胀：过多泛型实例增加编译后体积
- 类型推断失败：复杂泛型需显式标注类型（如
parse::<i32>()） - 误认动态分发：泛型是静态分发（与
dyn Trait混淆）
应用场景
| 场景 | 示例 | 泛型作用 |
|---|---|---|
| 容器类型 | Vec<T>, HashMap<K, V> | 存储任意类型数据 |
| 算法抽象 | fn sort<T: Ord>(items: &mut [T]) | 为可比较类型提供通用排序 |
| 错误处理统一 | Result<T, E> | 封装任意成功值/错误类型 |
| 数学运算 | struct Vector3<T> { x,y,z: T } | 支持 f32/f64/i32 等类型 |
| 线程安全传递 | `thread::spawn( | |
| 序列化反序列化 | serde_json::from_str::<T>(s) | 将 JSON 解析为指定类型 |
关联知识
- 特质（Trait）：泛型约束的核心机制（
T: Display） - 生命周期：泛型生命周期参数
<'a>处理引用有效性 - 单态化（Monomorphization）：编译期生成具体类型代码的过程
- 类型推断：编译器自动推导泛型实例化类型
- PhantomData：标记结构体持有泛型类型（即使未直接使用）
- 泛型特化：实验性功能，允许重叠的实现（RFC 1210）
- 常量泛型：值参数化（如数组长度
[T; N]）
💡 设计哲学：
- 优先使用泛型而非动态分发（
dyn Trait）保证性能 - 通过特质约束明确类型能力边界
- 注意编译时间和二进制体积的平衡 标准库泛型容器（如
Vec<T>）是学习的最佳范例！