C++工程师Rust迁移之路- 类与结构体、核心概念Trait

C++类和Rust的结构体之间做一个对比，顺便介绍Rust中的核心概念Trait。

类vs结构体

C++

class Rectangle {
public:
    Rectangle(float width, float height)
        : width_(width), height_(height)
    {}

public:
    float area() const {
        return width_ * height_;
    }

    void resize(width, height) {
        width_ = width;
        height_ = height;
    }

private:
    float width_, height_;
};

Rust

struct Rectangle {
    width: f32,
    height: f32
}

impl Rectangle {
    pub fn new(width: f32, height: f32) -> Rectangle {
        Rectangle {
            width: width,
            height: height
        }
    }
    
    pub fn area(&self) -> f32 {
        self.width * self.height
    }
    
    pub fn resize(&mut self, width: f32, height: f32) {
        self.width = width;
        self.height = height;
    }
}

对于C++开发者来说，有一件事情是众所周知的：struct和class本质上是一样的，唯一的区别就是struct的成员默认是public的，而class的成员默认是private的。

而对于Rust来说，它没有class的概念，只有struct的概念。而Rust中的struct的成员默认都是private的，除非加上pub关键词做修饰。

从语法上来说，可以看到Rust跟C++有一个很大的不同。在C++里面，往往我们的方法声明（对于模版类来说，甚至定义也是如此）是包含在class body这个大的语句块内的，而且对于顺序没有明确的要求。而在Rust里面，结构体的声明仅包含了它内部的数据结构，相关的实现是放在额外的impl语句块中的。这个变化看似稀松平常，但内含着巨大的好处，特别是类的逻辑比较复杂的时候。作为C++程序员，我们一定碰到过那种在一个类的头上和一个类的尾端，甚至是某些函数之间都声明了成员变量的情况。这就引入了一个风险，就是当你修改代码的时候，有可能会忘记给其中的某些变量赋值，这非常危险。而在Rust中，由于结构体的成员变量是与函数分开，并且集中在一起的，就大大降低了出现这种情况的概率。

在C++中，我们写一个类时，第一个要做的事情，就是定义它的构造函数；而反观Rust，它是没有构造函数这个概念的。上述代码中的new函数，如果对比C++的概念的话，相当于Rectangle类的一个静态方法，它的名字叫做new，接受2个f32类型的参数，返回值是一个Rectangle对象。这里有三点需要注意的：

1. 构造Rectangle的语法。可以看到，构造Rectangle的时候，直接通过指定它的私有变量的值来实现了构造。而Rust的静态检查器是非常严格的，如果你忘记了构造其中的某个成员变量，它会直接在编译阶段报错，并阻止编译。所以，当你修改了结构体的结构以后，永远不用担心会在某处代码出现未初始化成员变量的bug，因为这样的情况通不过编译。
2. 可以看到new函数中，并没有return语句。这是一个非常关键的点。在C++中代码块是一个语句（statement），它是不能作为右值的；而在Rust中，代码块是一个表达式（expression）。所以，在C++中常用的三目运算符（[condition] ? [true_exp] : [false_exp]）在Rust中并不存在，取而代之的是if表达式（if [condition] { [true_exp] } else { [false_exp] }）。
3. 另外，我们可以看到，在Rectangle {}的后面是没有分号的，这表示了它是一个表达式，而不是语句。当它不加分号时，这个代码块的类型是Rectangle，而加上了分号以后，它的类型就变成了()，也就是unit type，与函数声明的返回值Rectangle不符，编译出错。关于unit type的更多细节，在以后的文章中，我可以再做进一步的阐述。

我们再接着看area和resize两个方法，可以看到它们的第一个参数分别是&self, 和&mut self。这里其实也有两点需要注意的：

1. 与C++一样，&表示引用，这里的&self其实是一个语法糖，相当于self: &Rectangle，而&mut self相当于self: &mut Rectangle
2. 就像我在前文中所说，在Rust中，默认的行为是不可变的，除非加上mut关键词。那么在这里的&self，就相当于C++中的const方法，而&mut self相当于非const方法。

Playground

Rust语言的官网提供了一个Playground工具，可以供大家在无需安装Rust环境的前提下，试用Rust。

本文中的例子我也发布到了Rust Playground上，链接如下：

Rust Playground​play.rust-lang.org

欢迎大家使用。