如何共享堆分配的特征对象？

Question

我有一个特征和一个实现该特征的结构（一个特征对象）。我想在堆上分配我的特征对象，并让其他结构引用它们。

Box field

trait Material {}

struct Iron {}

impl Material for Iron {}

// It works, but takes ownership of boxes.
struct Sphere {
    radius: f64,
    material: Box<dyn Material>,
}

这段代码有效但我不能有两个共享相同Material的球体，因为Box拥有材料而球体拥有其Box场。

Reference field

我的下一次尝试是使用普通参考而不是Box：

struct Sphere<'a> {
    radius: f64,
    material: &'a dyn Material,
}

这也有效，但据我所知，我的Materials将被分配到堆栈而不是堆。如果Material值真的很大并且我宁愿把它放在堆上怎么办？这导致我进入下一个无法编译的方法：

Reference to a Box

struct Sphere<'a> {
    radius: f64,
    material: &'a Box<dyn Material>,
}

fn main() {
    let m1 = &Box::new(Iron {});
    let s1 = Sphere {
        radius: 1.0,
        material: m1,
    };
    assert_eq!(s1.radius, 1.0);
}

这给了我以下错误：

error[E0308]: mismatched types
  --> src/main.rs:16:19
   |
16 |         material: m1,
   |                   ^^ expected trait Material, found struct `Iron`
   |
   = note: expected type `&std::boxed::Box<(dyn Material + 'static)>`
              found type `&std::boxed::Box<Iron>`

我不太确定'static在那种类型中的来源，看起来它混淆了类型检查器。否则dyn Material和Iron可以统一到我能理解的程度。

Playground

Answer 1

Rc或Arc

当您需要共享所有权时，Rc或Arc通常是第一个可以达到的工具。这些类型通过引用计数实现共享，因此克隆一个是便宜的（只需复制指针并增加引用计数）。在这种情况下，要么轻松工作：

struct Sphere {
    radius: f64,
    material: Rc<dyn Material>,
}

let m1 = Rc::new(Iron {});
let s1 = Sphere {
    radius: 1.0,
    material: m1,
};

m1是混凝土类型Rc<Iron>，但因为它实现了CoerceUnsized特性，它可以是automatically coerced在预期Rc<dyn Material>的背景下。您可以通过Sphereing clone制作多个m1s参考相同的材料。 （Full example）

Rc和Arc之间的区别在于Arc可以安全地用于多线程之间的共享，但Rc不是。 （另见When to use Rc vs Box?）

参考

至于你的参考例子：

这也有效，但据我所知，我的材料将被分配到堆栈而不是堆。

确实，生命周期是从堆栈派生的，但引用本身并不需要指向堆栈上的某些东西。例如，您可以通过解除引用T来引用Box<T>中的Box：

struct Sphere<'a> {
    radius: f64,
    material: &'a dyn Material,
}

let m1 = Box::new(Iron {});
let s1 = Sphere {
    radius: 1.0,
    material: &*m1, // dereference the `Box` and get a reference to the inside
};
let s2 = Sphere {
    radius: 2.0,
    material: &*m1,
};

这甚至比使用Rc便宜，因为&引用是Copyable，但即使Iron本身存储在堆上，指向它的引用仍然绑定到堆栈变量m1的生命周期。如果你不能让m1活得足够长，你可能想要使用Rc而不是普通的引用。

参考Box

这种方法也应该有效，尽管没有必要。它不是因为，虽然你可以强迫Box<Iron>到Box<dyn Material>，你不能强迫&Box<Iron>到&Box<dyn Material>;类型是不兼容的。相反，您需要创建一个Box<dyn Material>类型的堆栈变量，以便您可以引用它。

let m1: Box<dyn Material> = Box::new(Iron {}); // coercion happens here
let s1 = Sphere {
    radius: 1.0,
    material: &m1,  // so that this reference is the right type
};