面试题：Rust trait默认实现与继承机制在代码复用方面的差异

Question

Rust没有传统的继承机制，而是通过trait来实现代码复用。请对比trait默认实现与传统继承机制在实现代码复用方面的特点、优势和劣势，并结合实际场景说明何时选择trait默认实现更合适。

Answer 1

特点对比

1. Trait默认实现：
   • Trait定义一组方法签名，可提供部分或全部方法的默认实现。不同结构体可通过impl Trait for Struct来实现Trait，实现方式灵活，不局限于类型层次结构。例如：

trait Animal {
    fn speak(&self) {
        println!("I'm an animal");
    }
}
struct Dog;
impl Animal for Dog {}

• 一个结构体可以实现多个Trait，类似于多继承的功能。

2. 传统继承机制：
   • 子类继承父类，获得父类的属性和方法。子类与父类形成严格的层次结构，例如在Java中：

class Animal {
    void speak() {
        System.out.println("I'm an animal");
    }
}
class Dog extends Animal {}

• 一般情况下，大多数语言只支持单继承，以避免菱形继承问题。

优势对比

1. Trait默认实现：
   • 灵活性高：不依赖类型层次结构，任何结构体都能实现Trait，不同结构体间只要符合Trait定义就可复用代码。如Vec和String都可实现Iterator Trait来复用迭代相关代码。
   • 支持类似多继承：一个结构体可实现多个Trait，从多个来源复用代码，而传统继承多为单继承。
2. 传统继承机制：
   • 层次结构清晰：通过继承构建清晰的类型层次，便于理解和维护，如在图形绘制系统中，Shape类作为父类，Circle、Rectangle等子类继承自它，层次关系一目了然。
   • 天然的数据共享：子类可直接访问父类非私有成员，代码复用同时便于数据共享。

劣势对比

1. Trait默认实现：
   • 缺乏统一层次结构：没有像继承那样清晰的类型层次，对于大型复杂系统设计，可能难以整体把握类型关系。
   • 访问控制有限：Trait默认实现中难以像继承那样对子结构体数据进行访问控制，因为Trait不知道实现它的结构体内部具体数据。
2. 传统继承机制：
   • 单继承局限：多数语言只支持单继承，限制了代码复用来源，不能同时从多个父类复用代码。
   • 紧密耦合：子类与父类紧密耦合，父类修改可能影响子类，不利于独立维护和扩展。

合适场景

1. Trait默认实现合适场景：
   • 通用功能复用：当有一些通用功能，如日志记录、序列化等，不同类型都可能需要时，使用Trait默认实现。例如不同业务逻辑的结构体都需要记录日志，可定义Logging Trait并提供默认日志记录方法，各结构体实现该Trait即可复用。
   • 行为混入：当想为结构体混入一些行为，且这些行为不适合用继承关系表示时，用Trait默认实现。比如为一个游戏角色结构体混入“可跳跃”行为，定义Jumpable Trait并提供默认跳跃逻辑。