面试题：Rust 中动态分发与 trait 对象的关系

Question

请解释在 Rust 中动态分发是如何通过 trait 对象来实现运行时多态性的。举例说明在实际代码中，如何定义 trait、实现 trait，以及创建和使用 trait 对象来达成动态分发。

Answer 1

1. 动态分发与运行时多态性的原理
   • 在Rust中，动态分发是通过trait对象来实现运行时多态性的。trait对象允许在运行时根据对象的实际类型来决定调用哪个方法，而不是在编译时就确定。
   • 当我们创建一个trait对象（例如Box<dyn SomeTrait>）时，Rust会在运行时根据对象的实际类型查找对应的方法实现。这是因为trait对象在运行时会携带一个虚表（vtable），虚表中存储了实际类型对应的方法指针。
2. 定义trait

   // 定义一个trait
   trait Animal {
       fn speak(&self);
   }
   

   上述代码定义了一个名为Animal的trait，它有一个方法speak，该方法没有具体实现，要求实现Animal trait的类型必须实现speak方法。
3. 实现trait

   struct Dog;
   struct Cat;
   
   impl Animal for Dog {
       fn speak(&self) {
           println!("Woof!");
       }
   }
   
   impl Animal for Cat {
       fn speak(&self) {
           println!("Meow!");
       }
   }
   

   这里定义了两个结构体Dog和Cat，并分别为它们实现了Animal trait的speak方法。
4. 创建和使用trait对象来达成动态分发

   fn main() {
       let animals: Vec<Box<dyn Animal>> = vec![Box::new(Dog), Box::new(Cat)];
       for animal in animals {
           animal.speak();
       }
   }
   

   在main函数中，创建了一个Vec，其中的元素是Box<dyn Animal>类型的trait对象，分别放入了Dog和Cat的实例。在遍历这个Vec时，调用speak方法，由于动态分发，实际调用的是Dog或Cat对应的speak方法实现，从而实现了运行时多态性。