反射Reflection意味着程序可以在运行时获得类型的所有详细信息,包括字段方法等,并可以进行替换;例如Java中的Spring框架就大量使用反射;
但是在Rust中只有编译期反射,并且主要是通过Any来实现的;
本文讲解了Rust中的Any;
源码:
系列文章:
Rust反射之Any
前言
关于Rust为何不引入 Runtime Reflection 可以参考这个 RFC:
大致总结如下:
DI 不一定非要使用反射来实现, Rust中可以有更好的实现:
派生宏和Trait之间的配合,可以将实现从运行时转移到编译时;
例如,利用过程宏实现了编译时反射功能,以实现依赖注入等反射功能:
Rust 中提供了 Any Trait:所有类型(含自定义类型)都自动实现了该特征;
因此,我们可以通过它进行一些类似反射的功能;
Any解析
下面是 std::any 模块的说明:
该模块实现了 Any trait,它可以通过运行时反射来动态键入任何 'static 类型;Any 本身可以用来获取 TypeId,并用作 trait 对象时具有更多功能;
作为 &dyn Any (借用的 trait 对象),它具有 is 和 downcast_ref 方法,以测试所包含的值是否为给定类型,并对该类型的内部值进行引用;作为 &mut dyn Any,还有 downcast_mut 方法,用于获取内部值的变量引用;
Box<dyn Any> 添加了 downcast 方法,该方法尝试转换为 Box<T>;注意,&dyn Any 仅限于测试值是否为指定的具体类型,而不能用于测试某个类型是否实现 Trait;
总结如下,std::any起到的作用有4个:
- 获得变量的类型TypeId;
- 判断变量是否是指定类型;
- 把any转换成指定类型;
- 获取类型的名字;
下面是 Any Trait 的源码,以及对应的 TypeId 类型:
1 | pub trait Any: 'static { |
注意:所有拥有静态生命周期的类型都会实现Any,未来可能会考虑加入生命周期是非‘static的情况
在 Rust 中,每个类型都存在一个全局唯一的标识(A TypeId represents a globally unique identifier for a type);
这些 TypeId 通过调用 intrinsic 模块中定义的函数来完成创建;
关于intrinsic 模块:
intrinsic 库函数是指:由编译器内置实现的函数,一般是具有如下特点的函数:
- 与CPU架构相关性很大,必须利用汇编实现或者利用汇编才能具备最高性能的函数;
- 和编译器密切相关的函数,由编译器来实现最为合适;
因此,type_id 的生成是由编译器的实现来决定的!
具体实现见:
Any基本使用
上一小节提到了 Any 可以实现:
- 获得变量的类型TypeId;
- 判断变量是否是指定类型;
- 把any转换成指定类型;
- 获取类型的名字;
下面我们通过具体代码来看:
examples/0_any.rs
1 | use std::any::{Any, TypeId}; |
输出如下:
1 | Not a string... |
总结如下:
1 | /// 获取TypeId,并比较: type_id |
Any的使用场景
Rust 中的 Any 类似于 Java 中的 Object,可以传入任何拥有静态生命周期的类型;
因此在有些入参类型复杂的场景,我们可以简化入参;
例如,打印任何类型对应的值:
examples/1_print_any.rs
1 | use std::any::Any; |
如上所示,不论是 String 类型、MyType 自定义类型,还是内置的i32类型,都可以被打印,只要他们实现了 Debug Trait;
可以认为这是Rust中一种函数重载的方式,在读取一些结构复杂的配置时,也可以直接使用Any;
总结
any特性并非实际意义上的 Reflection,最多是编译时反射;同时Rust只是启用类型检查和类型转换,而不是检查任意结构的内容;
any符合零成本抽象,因为Rust只会针对调用相关函数的类型生成代码,并且判断类型时返回的是编译器内部的类型ID,没有额外的开销;甚至可以直接使用 TypeId::of::<String>,从而没有了dyn any的动态绑定的开销;
虽然Rust没有提供 Reflection,但是过程宏可以实现大部分反射能够实现的功能!
实际上,在Rust的早期版本中提供了 Reflection功能,但是在14年移除了相关代码,原因是:
- 反射打破了原有的封装原则,可以任意访问结构体的内容,不安全;
- 反射的存在使得代码过于臃肿,移除后编译器会简化很多;
- 反射功能设计的比较弱,开发者对于是否在未来的版本中还拥有反射功能存疑;
至于保留any的原因:
- 在调试范型类型相关的代码的时候,有TypeId会更方便,更容易给出正确的错误提示;
- 有利于编译器作出代码的优化;
附录
源码:
文章参考:
- https://www.coder.rs/index.php/archives/517.html
- https://internals.rust-lang.org/t/pre-rfc-runtime-reflection/11039/8
- https://rust.ffactory.org/std/any/index.html
- https://www.coder.rs/index.php/archives/517.html
- https://www.jianshu.com/p/c4ef17bb1ca3