Rust中實(shí)例化動(dòng)態(tài)對(duì)象的示例詳解

更新時(shí)間：2025年02月23日 09:39:24 作者：hboot

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了Rust中實(shí)例化動(dòng)態(tài)對(duì)象的多種方法,文中的示例代碼講解詳細(xì),感興趣的小伙伴可以跟隨小編一起學(xué)習(xí)一下

在功能開發(fā)中，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建或獲取某個(gè)對(duì)象的情況很多。在前端JS開發(fā)中，可以使用工廠函數(shù)，通過給定的類型標(biāo)識(shí)創(chuàng)建不同的對(duì)象實(shí)例；還可以通過對(duì)象映射來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對(duì)象。

在Rust中，我們也可以使用這兩種方式去創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例，但實(shí)現(xiàn)書寫的方式可能略有不同；rust還可以通過序列化JSON數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行枚舉類型匹配。

我們定義好需要測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體、方法。小狗、小貓有自己的字段、方法,它們有相同的字段name,也有相同的方法say。

use serde_derive::{Deserialize, Serialize};

#[derive(Deserialize, Serialize, Debug)]
struct Dog {
    name: String,
    work: String,
}
impl Dog {
    fn new(name: String, work: String) -> Dog {
        Dog { name, work }
    }
    fn say(&self) {
        println!("{} say wangwang", self.name);
    }
}

#[derive(Deserialize, Serialize, Debug)]
struct Cat {
    name: String,
    age: i32,
}

impl Cat {
    fn new(name: String) -> Cat {
        Cat { name: name, age: 0 }
    }
    fn say(&self) {
        println!("{} say miamiamia", self.name);
    }
}

序列化serde

我們?cè)谀玫?code>JSON格式數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化時(shí)，在rust中是需要確定具體數(shù)據(jù)類型的，但是我們并不知道具體類型，因?yàn)楝F(xiàn)在有兩種類型，要合為一種類型，就需要?dú)w集，使用枚舉enum來定義可能的類型：

#[derive(Deserialize, Serialize, Debug)]
#[serde(untagged)]
enum Animal {
    Dog(Dog),
    Cat(Cat),
}

對(duì)于JSON格式和rust 結(jié)構(gòu)體的互相轉(zhuǎn)換，可以使用serde庫。也正好利用JSON轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體這一過程，利用轉(zhuǎn)換機(jī)制來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對(duì)象。

安裝相關(guān)的庫:

cargo add serde serde_derive serde_json

我們定義一個(gè)JSON格式數(shù)據(jù)，使用serde庫進(jìn)行反序列化，并使用match進(jìn)行匹配：

fn main() {
    let data = r#"
    {
        "name":"admin",
        "age":2
    }
    "#;
    let animal = serde_json::from_str(data).unwrap();
    match animal {
        Animal::Dog(dog) => {
            dog.say();
        }
        Animal::Cat(cat) => {
            cat.say();
        }
    };
}

測(cè)試運(yùn)行，正常輸出了cat say wangwang。我們修改JSON格式數(shù)據(jù)

let data = r#"
{
    "name":"admin",
    "work":"play"
}
"#;

測(cè)試運(yùn)行，正常輸出了dog say wangwang，說明沒有邏輯沒有問題。

待優(yōu)化的地方在于我們使用了match,如果我們需要在多個(gè)地方使用animal,那么這段匹配邏輯就無處不在了。當(dāng)有很多方法時(shí)，無法控制具體調(diào)用哪個(gè)方法，就需要不停的去匹配。

我們可以將它們需要調(diào)用公共方法在枚舉類型Animal定義一下，內(nèi)部邏輯根據(jù)不同類型在調(diào)用各自的方法。

impl Animal {
    fn say(&self) {
        match self {
            Animal::Cat(cat) => cat.say(),
            Animal::Dog(dog) => dog.say(),
        }
    }
}

為Animal定義公共方法say，然后在序列化JSON數(shù)據(jù)格式時(shí)，我們必須要指定數(shù)據(jù)類型：

fn main() {
    let data = r#"
    {
        "name":"admin",
        "age":2,
        "work":"play"
    }
    "#;
    let animal: Animal = serde_json::from_str(data).unwrap();

    animal.say();
}

明確指定了animal: Animal，因?yàn)闆]有其他邏輯幫助rust推斷出具體的類型是什么。也可以這么寫let animal = serde_json::from_str::<Animal>(data).unwrap();

注意

需要注意的是：匹配的不同對(duì)象結(jié)構(gòu)體的字段不能一致，否則會(huì)匹配到枚舉的第一個(gè)；如果出現(xiàn)包含的情況，我們需要把被包含的結(jié)構(gòu)體放在前面。

比如小貓也有work字段了：

#[derive(Deserialize, Serialize, Debug)]
struct Cat {
    name: String,
    age: i32,
    work: String,
}

這是我們?cè)偃テヅ銳SON格式數(shù)據(jù),因?yàn)閿?shù)據(jù)里有age，我們希望的是匹配小貓Cat,但是它里面完全包含了小狗的字段Dog,而且枚舉Animal種小狗在前，所以會(huì)直接匹配小狗：

let data = r#"
{
    "name":"admin",
    "age":2,
    "work":"play"
}
"#;

這樣達(dá)不到我們想要的結(jié)果，所以需要注意調(diào)整枚舉值的順序，可以將復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)放到前面。將Cat放到前面就可以正常工作了。

#[derive(Deserialize, Serialize, Debug)]
#[serde(untagged)]
enum Animal {
    Cat(Cat)
    Dog(Dog),
}

動(dòng)態(tài)類型匹配

上一個(gè)方式是我們拿到了具體對(duì)象的JSON數(shù)據(jù)，然后通過序列化，獲取到對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例。如果我們只知道某個(gè)類型，需要根據(jù)類型初始化具體實(shí)例對(duì)象。

我們枚舉實(shí)例對(duì)象的類型，定義字符串轉(zhuǎn)枚舉類型的方法：

#[derive(Deserialize, Serialize, Debug)]
#[serde(untagged)]
enum AnimalType {
    Dog,
    Cat
}
impl AnimalType {
    fn str_to_animal_type(str: &str) -> AnimalType {
        match str {
            "dog" => AnimalType::Dog,
            "cat" => AnimalType::Cat,
            _ => panic!("unknown type"),
        }
    }
}

調(diào)用AnimalType獲取到枚舉類型，然后通過匹配類型來實(shí)例化對(duì)象，這跟上面的序列化JSON格式后續(xù)處理方式一致。

fn main() {
    let names = "dog";

    match AnimalType::str_to_animal_type(names) {
        AnimalType::Dog => {
            let dog = Dog {
                name: "admin".to_string(),
                work: "play".to_string(),
            };
            dog.say();
        }
        AnimalType::Cat => {
            let cat = Cat {
                name: "admin".to_string(),
                age: 2,
                work: "play".to_string(),
            };

            cat.say();
        }
    }
}

Trait 特質(zhì)

trait是rust中特有的類型，它可以定義對(duì)象的行為，然后可以被其他對(duì)象實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)它的對(duì)象可以擁有相同的行為，但是可以擁有不同的內(nèi)部邏輯。

這可以保證我們?cè)趧?dòng)態(tài)獲取到不同的對(duì)象實(shí)例，調(diào)用它們的方法時(shí)保證方法存在。在創(chuàng)建動(dòng)態(tài)對(duì)象時(shí)，因?yàn)椴恢艟唧w大小，需要使用Box<dyn Trait>定義動(dòng)態(tài)對(duì)象。

trait AnimalTrait {
    fn say(&self);
}

然后在各個(gè)類型中實(shí)現(xiàn)AnimalTrait，并實(shí)現(xiàn)公共方法say。

impl AnimalTrait for Dog {
    fn say(&self) {
        println!("{} say wangwang", self.name);
    }
}
impl AnimalTrait for Cat {
    fn say(&self) {
        println!("{} say miamiamia", self.name);
    }
}

定義類型都實(shí)現(xiàn)AnimalTrait的方法，就可以放心的使用Box<dyn AnimalTrait>提供的動(dòng)態(tài)對(duì)象了。

impl AnimalType {
    fn str_to_animal(str: &str) -> Box<dyn AnimalTrait> {
        match str {
            "dog" => Box::new(Dog::new("admin".to_string(), "play".to_string())),
            "cat" => Box::new(Cat::new("test".to_string())),
            _ => panic!("unknown type"),
        }
    }
}

方法str_to_animal通過類型匹配獲取到對(duì)應(yīng)的實(shí)例對(duì)象，現(xiàn)在我們不需要再匹配里直接調(diào)用方法了。我們拿到動(dòng)態(tài)對(duì)象，想調(diào)用那個(gè)方法就用哪個(gè)。

fn main() {
    let names = "dog";
    let animal = AnimalType::str_to_animal(names);
    animal.say();
}

這樣就很方便的進(jìn)行動(dòng)態(tài)對(duì)象的傳遞，我們不需要關(guān)心該調(diào)用哪個(gè)方法，是否需要導(dǎo)入指定的方法。rust通過Box<dyn AnimalTrait>會(huì)自動(dòng)調(diào)用合適的實(shí)現(xiàn)。

From/Into 類型強(qiáng)轉(zhuǎn)

我們定義了AnimalTrait規(guī)范了動(dòng)態(tài)對(duì)象的行為，它們?cè)趯?shí)現(xiàn)了AnimalTrait后，就可以根據(jù)動(dòng)態(tài)對(duì)象調(diào)用它的公共方法了。

但在根據(jù)類型創(chuàng)建動(dòng)態(tài)對(duì)象時(shí)，仍然定義了枚舉AnimalType的方法str_to_animal并調(diào)用從而匹配到對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)對(duì)象。

我們還可以使用Fromtrait，通過讓AnimalTrait實(shí)現(xiàn)Fromtrait，從而直接使用into方法讓字符串類型轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)對(duì)象。

impl From<&str> for Box<dyn AnimalTrait> {
    fn from(value: &str) -> Self {
        match value {
            "dog" => Box::new(Dog::new("admin".to_string(), "play".to_string())),
            "cat" => Box::new(Cat::new("test".to_string())),
            _ => panic!("unknown type"),
        }
    }
}

這樣的實(shí)現(xiàn)可以減少在創(chuàng)建動(dòng)態(tài)對(duì)象時(shí)的顯示函數(shù)調(diào)用，我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候直接調(diào)用into()方法即可：

fn main{
    let dog: Box<dyn AnimalTrait> = "dog".into();
    dog.say();
}

HashMap映射類型

以上實(shí)現(xiàn)方案難免都使用了match進(jìn)行匹配，而我們?cè)谥罢f的映射對(duì)象的實(shí)現(xiàn)，則可以避免match的匹配。

通過HashMap初始化類型映射結(jié)構(gòu)體對(duì)象，在使用時(shí)通過自定義方法get傳入指定的類型，得到動(dòng)態(tài)類型。

struct AnimalFactory {
    map: HashMap<String, Box<dyn Fn() -> Box<dyn AnimalTrait>>>,
}

我們定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體AnimalFactory，其中包含一個(gè)HashMap類型的字段map，用于存儲(chǔ)類型與創(chuàng)建函數(shù)的映射關(guān)系。

注意到HashMap的值是一個(gè)閉包函數(shù)而不是直接動(dòng)態(tài)類型，如果直接定義HashMap<String, Box<dyn AnimalTrait>>,我們?cè)诔跏蓟瘯r(shí)就必須實(shí)例化創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例，這就導(dǎo)致具體對(duì)象的實(shí)例只有一個(gè)而避免不了處理所有權(quán)的問題。如果我們需要傳遞所有權(quán)，就必須使用Arc了。

定義了工廠結(jié)構(gòu)體AnimalFactory,定義初始化函數(shù)new:

impl AnimalFactory {
    fn new() -> Self {
        map.insert(
            "dog".to_string(),
            Box::new(|| {
                Box::new(Dog::new("admin".to_string(), "play".to_string())) as Box<dyn AnimalTrait>
            }) as Box<dyn Fn() -> Box<dyn AnimalTrait>>,
        );
        map.insert(
            "cat".to_string(),
            Box::new(|| Box::new(Cat::new("test".to_string()))),
        );

        AnimalFactory { map }
    }
}

由于HashMap需要定義具體的類型，我們?cè)诓迦腩愋?code>Dog時(shí)無法匹配定義的Box<dyn Fn() -> Box<dyn AnimalTrait>>導(dǎo)致報(bào)錯(cuò),這就需要我們手動(dòng)強(qiáng)轉(zhuǎn)類型。

為了簡(jiǎn)化類型書寫，我們定義一個(gè)類型替代：

type AnimalDynType = Box<dyn Fn() -> Box<dyn AnimalTrait>>;

我們已經(jīng)初始化了映射表，定義根據(jù)具體類型獲取動(dòng)態(tài)對(duì)象的方法：

impl AnimalFactory {
    fn get(&self, name: &str) -> Box<dyn AnimalTrait> {
        match self.map.get(name) {
            Some(create_fn) => create_fn(),
            None => panic!("not found"),
        }
    }
}

在使用時(shí)，首先創(chuàng)建一個(gè)AnimalFactory對(duì)象，然后調(diào)用get方法，傳入具體的類型名稱，即可獲取對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)對(duì)象。

fn main() {
    let animal = AnimalFactory::new();

    let dog = animal.get_animal("dog");
    dog.say();
}

最后

這幾種實(shí)現(xiàn)方式都有一定的使用場(chǎng)景，根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的方式。

到此這篇關(guān)于Rust中實(shí)例化動(dòng)態(tài)對(duì)象的示例詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Rust實(shí)例化動(dòng)態(tài)對(duì)象內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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