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返回多种类型的函数在 Rust 中的实现问题解答

写 Rust 程序时，如果函数需要根据不同条件返回不同的类型，这在静态类型语言中总是面临一个挑战。对于 Rust 而言，这个问题得到了巧妙的解决，特别是在多态类型和 trait 对象的引入后。

问题背景

假设我们有一个函数 some_fn，它需要根据输入参数返回 Button 或 TextView 中的某一种。初始想法是直接返回其中一种类型。但是很快就发现问题：Rust 的静态类型系统不允许函数返回两个或多个不同的类型，因为这会导致返回值不一致。

解决办法：装箱 Box

为了让函数返回多种类型，我尝试使用 Box 智能指针。这使得返回一个大指针，以便一个指针可以指向不同的子类型。通过返回 Box<Button> 或 Box<TableViewCell>，一个 Box<dyn View>（使用 dyn 时在 Rust 2018 及以上版本）可以包裹所有这些类型。

这解决了编译器关于返回类型一致性的问题，同时表明返回值的大小是固定的（因为 Box 对内存有固定的分配）。

Rust 2018 及以上的变化

在原来的代码中，使用 Box<View> 会导致编译器在排除错误时报告：使用 trait 对象而没有显式 dyn 被弃用。

根据 Rust 2018 的更新，Box<View> 已经不推荐使用，应该改为 Box<dyn View>。这表明：

• dyn 关键字强制编译器知道我想使用 trait 对象类型。
• 这样做避免了混淆，因为用户不会误以为只是一个普通的类型。

impl 与 dyn 的区别

在 Rust 中，impl 和 dyn 分别关联于静态分发和动态分发。

• impl Trait 表示静态分发。编译器会在编译期为特定的类型生成适合该类型的实现，这提高性能，但函数无法返回多种类型。

• dyn Trait 表示动态分发。返回一个 Box<dyn Thing>，所以函数可以返回任何实现 Trait 的类型。运行时使用 trait 对象的 vtable 来决定如何调用方法，带来灵活性，但有额外的运行期开销。

这样，选择 dyn 的原因实际上是语义上的清晰解决问题：明确表示希望返回 trait 对象类型，而不是静态类型。

变通的语义问题

impl Trait 和 dyn Trait 的区别在于静态与动态分发。这反映出 Rust 的高效和灵活。当静态分发足以满足性能需求时，使用它更合适，因为它避免了运行期动态调用带来的开销。

然而，在需要动态行为或多态性时，dyn 必不可少。

总结

在 Rust 中，impl 和 dyn 关键字赋予了函数返回多种类型的可能性。在静态分发下，函数不能返回多种子类型，所以需要使用 dyn 来实现动态分发，返回 Box<dyn Trait>。这保证了高效的性能和灵活性，同时清晰地表达了代码意图，避免了语义混淆。

理解这两个关键字的区别和用法，可以显著提升对 Rust 汇编代码和内在机制的理解，从而更好地应对复杂的多态性需求。