Rust中GAT和高階類型

Rust在類型系統(tǒng)級(jí)別上與Haskell,Scala有許多相似之處。

兩者都有類型(type)，泛型類型(generic types),關(guān)聯(lián)類型(associated types)和特質(zhì)/類型類(traits/type classes)(基本上是等效的)。

但是，Haskell有Rust缺乏的一個(gè)特性:高階類型(Higher Kinded Types), 也就是通常說(shuō)的HKTs。

這不是Rust故意不添加，也不是Rust應(yīng)該填補(bǔ)的一些差距。其實(shí)這是Rust的一個(gè)有意的設(shè)計(jì)。

結(jié)果就是，到?jīng)]有GATs出現(xiàn)時(shí)，某些代碼無(wú)法真正在Rust中實(shí)現(xiàn)。

以Haskell中的Functor為例。Functor其實(shí)是對(duì)類型上實(shí)現(xiàn)的map的一個(gè)更加抽象的實(shí)現(xiàn),不關(guān)心具體類型的一個(gè)接口。

比如，在Scala中，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)map的Functor是這樣的:

importscala.language.higherKinds

traitFunctor[F[_]]{
defmap[A,B](fa:F[A])(f:A=>B):F[B]
}

如果你使用過(guò)Scala的集合api，這看起來(lái)應(yīng)該非常相似。所有集合都可以使用map。

List(1,2,3).map(_+1)
//List(2,3,4)

你可能要問(wèn)，什么是高階類型啊.你可以先理解為: 高階類型是類型的類型。這是什么意思呢? 我以Scala里面的代碼來(lái)說(shuō)明一下。

scala>traitMyList[A]{
defhead:A
deftail:MyList[A]
}

然后用:k命令看下是什么類型:

scala>:k-vMyList
MyList'skindisF[A]
*->*
Thisisatypeconstructor:a1st-order-kindedtype.

MyList[String]類型是一個(gè)一階類型(1st-order-kinded type);任何MyList的類型都是由A參數(shù)化的，可以將MyList看作是一個(gè)類型函數(shù)，如A => MyList[A]，因此給定一個(gè)類型A，我們可以創(chuàng)建一個(gè)新的類型MyList[A]。如果MyList是一階類型，那么什么是類型化類型呢?其實(shí)想想,什么是高階函數(shù)啊? 它不就是一個(gè)接受函數(shù)然后返回另外另一個(gè)函數(shù)的函數(shù)。同理可得，什么是高階類型呢? 它是由另一個(gè)類型參數(shù)化的類型。我再寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

scala>traitFoo[F[_]]:k-vFoo
Foo'skindisX[F[A]]
(*->*)->*
Thisisatypeconstructorthattakestypeconstructor(s):ahigher-kindedtype.

這里的Foo就是一個(gè)高階類型。它是一個(gè)類型構(gòu)造函數(shù)，參數(shù)也是一個(gè)類型構(gòu)造函數(shù)。為了說(shuō)清楚這點(diǎn)，我再寫(xiě)一個(gè)例子.我寫(xiě)一個(gè)trait，里面有一個(gè)leftFold的方法。

scala>traitFoldable[F[_]]{
|defleftFold[A,B](ob:F[A])(zero:B)(fn:(B,A)=>B):B
|}

然后呢，我再實(shí)現(xiàn)一個(gè)listFoldable, 這是最常見(jiàn)的吧。

scala>implicitvallistFoldable:Foldable[List]=newFoldable[List]{
|defleftFold[A,B](ob:List[A])(zero:B)(fn:(B,A)=>B):B={
|ob.foldLeft(zero)(fn)
|}
|}

上面我定義了一個(gè)適用于任何List類型的Foldable對(duì)象。leftFold方法將取A并使用A構(gòu)造List[A]。

一種更好的寫(xiě)法:

scala>importscala.language.implicitConversions
importscala.language.implicitConversions

scala>implicitclassListFoldableOpt[A](list:List[A])(implicitfold:Foldable[List]){
|defleftFold[B](zero:B)(fn:(B,A)=>B):B=
|fold.leftFold(list)(zero)(fn)
|}

scala>List(1,2,3).leftFold(0)(_+_)//6

這里先收一下，回到Rust中。

Rust中的很多不同結(jié)構(gòu)都實(shí)現(xiàn)了map函數(shù)，比如: Option, Result, Iterator, and Future.

但是, 在Rust里面，還不能編寫(xiě)可以給多種類型實(shí)現(xiàn)的通用Functortrait, 就像我剛才上面寫(xiě)的trait Functor[F[_]]。通常呢 在Rust里面是單個(gè)類型單獨(dú)去實(shí)現(xiàn)map。例如，我這里自己寫(xiě)了一個(gè)MyOption和MyResult枚舉類, 并實(shí)現(xiàn)了map方法.

#[derive(Debug,PartialEq)]
enumMyOption{
Some(A),
None,
}

implMyOption{
fnmapB,B>(self,f:F)->MyOption{
matchself{
MyOption::Some(a)=>MyOption::Some(f(a)),
MyOption::None=>MyOption::None,
}
}
}

#[test]
fntest_option_map(){
assert_eq!(MyOption::Some(5).map(|x|x+1),MyOption::Some(6));
assert_eq!(MyOption::None.map(|x:i32|x+1),MyOption::None);
}

#[derive(Debug,PartialEq)]
enumMyResult{
Ok(A),
Err(E),
}

implMyResult{
fnmapB,B>(self,f:F)->MyResult{
matchself{
MyResult::Ok(a)=>MyResult::Ok(f(a)),
MyResult::Err(e)=>MyResult::Err(e),
}
}
}

#[test]
fntest_result_map(){
assert_eq!(MyResult::Ok(5).map(|x|x+1),MyResult::(6));
assert_eq!(MyResult::Err("hello").map(|x:i32|x+1),MyResult::Err("hello"));
}

traitNaiveFunctor{
typeT;
fnmap(self,f:F)->Self
where
F:FnMut(Self::T)->Self::T;
}

implNaiveFunctorforOption{
typeT=A;
fnmapA>(self,mutf:F)->Option{
matchself{
Some(a)=>Some(f(a)),
None=>None,
}
}
}

traitFunctor{
typeUnwrapped;
typeWrapped:Functor;
fnmap(self,f:F)->Self::Wrapped
where
F:FnMut(Self::Unwrapped)->B;
}

implFunctorforOption{
typeUnwrapped=A;
typeWrapped=Option;

fnmapB,B>(self,mutf:F)->OptionwhereF:FnMut(A)->B{
matchself{
Some(x)=>Some(f(x)),
None=>None,
}
}
}

#[test]
fntest_option_map(){
assert_eq!(Some(5).map(|x|x+1),Some(6));
assert_eq!(None.map(|x:i32|x+1),None);
}

classFunctorfwhere
map::(a->b)->fa->fb

instanceFunctorOptionwhere
mapfoption=
caseoptionof
Somex->Some(fx)
None->None

traitFunctor[F[_]]{
defmap[A,B](fa:F[A])(f:A=>B):F[B]
}

traitHktFunctor{
fnmapB>(self:Self,f:F)->Self;
}

implHktFunctorforOption{
fnmapB>(self:Option,f:F)->Option{
matchself{
Some(a)=>Some(f(a)),
None=>None,
}
}
}

traitPointed:Functor{
fnwrap(t:T)->Self::Wrapped;
}

implPointedforOption{
fnwrap(t:T)->Self::Wrapped{
Some(t)
}
}