rust中的类型系统（trait的了解）

什么是类型系统？重要性?
这几乎是所有高级语言必须有的组成。计算机存储数据是0,1比特序列。作为开发人员，使用这些比特来存储，处理各种信息心智负担很大，容易出现内存安全问题，没办法有效利用内存。所谓类型，其实就是对表示信息的值进行的细粒度的区分。比如整数、小数、文本等，粒度再细一点，就是布尔值、符号整型值、无符号整型值、单精度浮点数、双精度浮点数、字符和字符串，甚至还有各种自定义的类型。不同的类型占用的内存不同，编码方式不同。
还要对这些基本的类型定义一系列的组合、运算、转换等方法来处理信息。
二者组合就是类型系统。
类型系统的作用就是：减小编程心智负担允许开发者在更高层面进行思考比如类的抽象、排查错误保证内存安全。

类型系统的分类
在编译期进行类型检查的语言属于静态类型，在运行期进行类型检查的语言属于动态类型。如果一门语言不允许类型的自动隐式转换，在强制转换前不同类型无法进行计算，则该语言属于强类型，反之则属于弱类型
比如C++就是静态的强类型。有些静态语言，如C和C++，在编译期并不检查数组是否越界访问，运行时可能会得到难以意料的结果，而程序依旧正常运行，这属于类型系统中未定义的行为，所以它们不是类型安全的语言。而Rust语言在编译期就能检查出数组是否越界访问，并给出警告。
rus也是静态强类型的系统
类型系统与多态性
如果一个类型系统允许一段代码在不同的上下文中具有不同的类型，这样的类型系统就叫作多态类型系统。现代编程语言包含了三种多态形式：参数化多态（Parametricpolymorphism）、Ad-hoc多态（Ad-hoc polymorphism）和子类型多态（Subtype polymorphism）

比如C++就支持参数多态（静态多态）和子类型多态（动态多态）。参数多态其实就是泛型编程；运行时多态就是子类指针可以指向派生类对象。虚函数访问派生类行为。
C++多态实现原理：当编译器发现类中有虚函数时，会创建一张虚函数表，把虚函数的函数入口地址放到虚函数表中，并且在对象中增加一个指针vptr，用于指向类的虚函数表。当派生类覆盖基类的虚函数时，会将虚函数表中对应的指针进行替换，从而调用派生类中覆盖后的虚函数，从而实现动态绑定。

rust支持参数多态，不支持子类型多态因为没有继承。但是rust支持Ad-hoc多态，也就是重要的trait
Ad-hoc多态也叫特定多态，Ad-hoc多态是指同一种行为定义，在不同的上下文中会响应不同的行为实现

Rust中一切皆表达式，表达式皆有值，值皆有类型。所以可以说，Rust中一切皆类型。
为什么说rust是类型安全的？
除了一些基本的原生类型和复合类型，Rust把作用域也纳入了类型系统，这就是第4章将要学到的生命周期标记。还有一些表达式，有时有返回值，有时没有返回值（也就是只返回单元值），或者有时返回正
确的值，有时返回错误的值，Rust 将这类情况也纳入了类型系统，也就是Option＜T＞和Result＜T，E＞这样的可选类型，从而强制开发人员必须分别处理这两种情况。一些根本无法返回值的情况，比如线程崩溃、break或continue等行为，也都被纳入了类型系统，这种类型叫作never类型。可以说，Rust的类型系统基本囊括了编程中会遇到的各种情况，一般情况下不会有未定义的行为出现，所以说，Rust是类型安全的语言。只要定义了类型，就能对这些类型进行处理，不会出现未定义的行为。

类型大小
Rust中绝大部分类型都是在编译期可确定大小的类型（SizedType），比如原生整数类型u32固定是4个字节，u64固定是8个字节，等等，都是可以在编译期确定大小的类型。然而，Rust也有少量的动态大
小的类型。
比如str类型的字符串字面量，编译器不可能事先知道程序中会出现什么样的字符串，所以对于编译器来说，str类型的大小是无法确定的。对于这种情况，Rust提供了引用类型，因为引用总会有固定的且在编译期已知的大小。&str就是一种引用类型，它由指针和长度信息组成，这种包含了动态大小类型地址信息和携带了长度信息的指针，叫作胖指针

零大小类型:比如单元类型和单元结构体，大小都是零。这种类型的作用是：介绍过的Rust官方标准
库中的HashSet＜T＞和BTreeSet＜T＞。它们其实只是把HashMap＜K，T＞换成了HashMap＜K，（）＞，然后就可以共用HashMap＜K，T＞之前的代码，而不需要再重新实现一遍HashSet＜T＞了。

底类型：它其实是第2章介绍过的never类型。如果说零类型表示“空”的话，那么底类型就表示“无”。底类型无值，而且它可以等价于任意类型。Rust中的底类型用叹号（！）表示。
Rust中有很多种情况确实没有值，但为了类型安全，必须把这些情况纳入类型系统进行统一处理。这些情况包括：
发散函数：比如exit退出不返回值，比如continue,break。

类型推导
自动类型推导。这可以方便编程，有点和python类似。比如sum函数要传入两个int变量，但是可以 let a=1,let b=2,a,b可以直接用。当Rust无法从上下文中自动推导出类型的时候，编译器会通过错误信息提示你，请求你添加类型标注。所以在用Rust编程的时候，应尽量显式声明类型，这样可以避免一些麻烦。

泛型
是一种参数化多态。使用泛型可以编写更为抽象的代码，减少工作量。简单来说，泛型就是把一个泛化的类型作为参数，单个类型就可以抽象化为一簇类型。在第2章中介绍过的Box＜T＞、Option＜T＞和Result＜T，E＞等，都是泛型类型。
除了定义类型，泛型也可以应用于函数中

正常的函数应该是： fn foo(x:int32) -> int 32{ return x};

深入trait
Rust中所有的抽象，比如接口抽象、OOP范式抽象、函数式范式抽象等，均基于trait来完成。同时，trait也保证了这些抽象几乎都是运行时零开销的。
trait是Rust对Ad hoc多态的支持。从语义上来说，trait是在行为上对类型的约束，这种约束可以让trait有如下4种用法：
· 接口抽象。接口是对类型行为的统一约束。
· 泛型约束。泛型的行为被trait限定在更有限的范围内。
· 抽象类型。在运行时作为一种间接的抽象类型去使用，动态地分发给具体的类型。
· 标签trait。对类型的约束，可以直接作为一种“标签”使用

trait最基础的用法就是进行接口抽象
接口抽象就是同一个接口可以同时被多个类型实现，可以说就是函数重载了。这点在C++也是可以实现的。
Rust中的很多操作符都是基于trait来实现的。比如加法操作符就是一个trait，加法操作不仅可以针对整数、浮点数，也可以针对
字符串。

泛型约束
使用泛型编程时，很多情况下的行为并不是针对所有类型都实现的。sum 函数中传入的参数是两个整数，那么加法行为是合法的。如果传入的参数是两个字符串，理论上也应该是合法的，加法行为可以是字符串相连。但是假如传入的两个参数是整数和字符串，或者整数和布尔值，意义就不太明确了，有可能引起程序崩溃

trait还可以用作抽象类型
相对于具体类型而言，抽象类型无法直接实例化，它的每个实例都是具体类型的实例。Rust目前有两种方法来处理抽象类型：trait对象和impl Trait。在泛型中使用trait限定，可以将任意类型的范围根据类型的行为限定到更精确可控的范围内。从这个角度出发，也可以将共同拥有相同行为的类型集合抽象为一个类型，这就是trait对象。模糊了类型和行为的界限，让开发者可以在多种类型之上按照行为统一抽象为抽象类型。抽象类型支持 trait 对象和 impl Trait语法，分别为动态分发和静态分发。

类型转换
隐式类型转换，如果不多加注意，可能会得到意料之外的结果。再比如C语言不同大小类型相互转换，长类型转换为短类型会造成溢出等问题。反观Rust语言，就不会因为类型转换出现安全问题。
Rust中的隐式类型转换基本上只有自动解引用。自动解引用的目的主要是方便开发者使用智能指针。Rust 中提供的 Box＜T＞、Rc＜T＞和 String 等类型，实际上是一种智能指针。它们的行为就像指针一样，可以通过“解引用”操作符进行解引用，来获取其内部的值进行操作。
一般来说，引用使用&操作符，而解引用使用*操作符。可以通过实现Deref trait来自定义解引用操作。Deref 有一个特性是强制隐式转换，规则是这样的：如果一个类型 T实现了Deref＜Target=U＞，则该类型T的引用（或智能指针）在应用的时候会被自动转换为类型U。
通过as关键字可以对原生类型进行安全的显式类型转换，但对一些自定义类型，还需要实现AsRef或From/Into这样的trait来支持显式类型转换

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