面向对象语言的特性

在编程社区中，对于一种语言必须具备哪些特性才能被认为是面向对象的，并没有达成共识。Rust 受到了包括 OOP 在内的多种编程范式的影响；例如，我们在第 13 章中探讨了函数式编程的特性。可以说，OOP 语言共享某些共同的特性，即对象、封装和继承。让我们看看这些特性分别意味着什么，以及 Rust 是否支持它们。

对象包含数据和行为

Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 合著的《设计模式：可复用的面向对象软件元素》（Addison-Wesley Professional，1994 年）一书，俗称“四人帮”书，是面向对象设计模式的目录。它这样定义 OOP：

面向对象的程序由对象组成。对象将数据和操作这些数据的过程打包在一起。这些过程通常称为方法或操作。

根据这个定义，Rust 是面向对象的：结构体和枚举具有数据，而 impl 块为结构体和枚举提供方法。即使带有方法的结构体和枚举不称为对象，但根据“四人帮”对对象的定义，它们提供了相同的功能。

隐藏实现细节的封装

与 OOP 相关的另一个常见方面是封装的概念，这意味着对象的实现细节对于使用该对象的代码是不可访问的。因此，与对象交互的唯一方法是通过其公共 API；使用该对象的代码不应能够深入到对象的内部并直接更改数据或行为。这使程序员可以在不需要更改使用该对象的代码的情况下更改和重构对象的内部结构。

我们在第 7 章中讨论了如何控制封装：我们可以使用 pub 关键字来决定代码中的哪些模块、类型、函数和方法应该是公共的，默认情况下其他所有内容都是私有的。例如，我们可以定义一个结构体 AveragedCollection，它具有一个包含 i32 值向量的字段。该结构体还可以具有一个字段，其中包含向量中值的平均值，这意味着不必在任何需要时按需计算平均值。换句话说，AveragedCollection 将为我们缓存计算出的平均值。列表 17-1 具有 AveragedCollection 结构体的定义

文件名：src/lib.rs

pub struct AveragedCollection {
    list: Vec<i32>,
    average: f64,
}

列表 17-1：AveragedCollection 结构体，用于维护整数列表和集合中项的平均值

该结构体标记为 pub，以便其他代码可以使用它，但结构体内的字段仍然是私有的。在这种情况下，这很重要，因为我们希望确保每当从列表中添加或删除值时，平均值也会更新。我们通过在结构体上实现 add、remove 和 average 方法来做到这一点，如列表 17-2 所示

文件名：src/lib.rs

pub struct AveragedCollection {
    list: Vec<i32>,
    average: f64,
}

impl AveragedCollection {
    pub fn add(&mut self, value: i32) {
        self.list.push(value);
        self.update_average();
    }

    pub fn remove(&mut self) -> Option<i32> {
        let result = self.list.pop();
        match result {
            Some(value) => {
                self.update_average();
                Some(value)
            }
            None => None,
        }
    }

    pub fn average(&self) -> f64 {
        self.average
    }

    fn update_average(&mut self) {
        let total: i32 = self.list.iter().sum();
        self.average = total as f64 / self.list.len() as f64;
    }
}

列表 17-2：在 AveragedCollection 上实现公共方法 add、remove 和 average

公共方法 add、remove 和 average 是访问或修改 AveragedCollection 实例中数据的唯一方法。当使用 add 方法将项添加到 list 或使用 remove 方法删除项时，每个方法的实现都会调用私有方法 update_average，该方法负责更新 average 字段。

我们将 list 和 average 字段保持为私有，这样外部代码就无法直接向 list 字段添加或从中删除项；否则，当 list 更改时，average 字段可能会失去同步。average 方法返回 average 字段中的值，允许外部代码读取 average 但不能修改它。

由于我们已经封装了结构体 AveragedCollection 的实现细节，因此将来我们可以轻松更改方面，例如数据结构。例如，我们可以使用 HashSet<i32> 而不是 Vec<i32> 作为 list 字段。只要 add、remove 和 average 公共方法的签名保持不变，使用 AveragedCollection 的代码就不需要更改即可编译。如果我们改为将 list 公开，情况就不一定如此：HashSet<i32> 和 Vec<i32> 具有不同的添加和删除项的方法，因此如果外部代码直接修改 list，则可能需要更改。

如果封装是语言被认为是面向对象的必要方面，那么 Rust 符合该要求。对代码的不同部分使用 pub 或不使用的选项启用了实现细节的封装。

继承是一种机制，通过该机制，对象可以从另一个对象的定义中继承元素，从而获得父对象的数据和行为，而无需再次定义它们。

如果一种语言必须具有继承才能成为面向对象的语言，那么 Rust 就不是其中之一。在不使用宏的情况下，无法定义一个结构体来继承父结构体的字段和方法实现。

但是，如果您习惯于在编程工具箱中使用继承，则可以在 Rust 中使用其他解决方案，具体取决于您最初寻求继承的原因。

您选择继承主要有两个原因。一是代码重用：您可以为一个类型实现特定行为，而继承使您可以为不同的类型重用该实现。您可以在 Rust 代码中使用默认 trait 方法实现以有限的方式执行此操作，您在列表 10-14 中看到，当我们向 Summary trait 添加 summarize 方法的默认实现时。任何实现 Summary trait 的类型都可以在其上使用 summarize 方法，而无需任何其他代码。这类似于父类具有方法的实现，而继承的子类也具有该方法的实现。当我们实现 Summary trait 时，我们还可以覆盖 summarize 方法的默认实现，这类似于子类覆盖从父类继承的方法的实现。

使用继承的另一个原因与类型系统有关：使子类型可以在与父类型相同的位置使用。这也称为多态，这意味着如果多个对象共享某些特性，则可以在运行时将它们彼此替换。

多态

对于许多人来说，多态是继承的同义词。但它实际上是一个更一般的概念，指的是可以处理多种类型数据的代码。对于继承，这些类型通常是子类。

Rust 而是使用泛型来抽象不同的可能类型，并使用 trait 约束来对这些类型必须提供的功能施加约束。这有时称为有界参数多态。

继承最近已在许多编程语言中失宠，不再作为编程设计解决方案，因为它经常有共享过多不必要代码的风险。子类不应总是共享其父类的所有特性，但会通过继承来实现。这会使程序的设计不够灵活。它还引入了在子类上调用没有意义或导致错误的方法的可能性，因为这些方法不适用于子类。此外，某些语言只允许单继承（意味着子类只能从一个类继承），这进一步限制了程序设计的灵活性。

由于这些原因，Rust 采用了不同的方法，即使用 trait 对象而不是继承。让我们看看 trait 对象如何在 Rust 中实现多态。

Rust 程序设计语言