Trait 与泛型

这一课你将能做到

1. 定义 trait 并为类型实现，理解默认方法与跨类型扩展
2. 写泛型函数与 trait bound，区分静态分发（impl Trait/泛型）与动态分发（dyn Trait）
3. 给自定义类型实现 Display 等标准库 trait，接入生态工具链

为什么要学

Rust 没有 class 和继承，trait 就是它的「接口」——但比 Java interface 强得多：能带默认实现、能给已有类型补实现（包括 i32 这类基础类型）、能做编译期多态。泛型则对标 Java 泛型，但本质完全不同：Java 擦除成 Object 加运行时转型，Rust 单态化成具体类型的机器码，零装箱零虚调用。

判题系统里「不同语言的判题器」「不同风格的输出比对器」都是 trait 的标准应用。面试高频题「Rust 泛型和 Java 泛型区别」的答案全在这一课。

先建立图像

Java：  List<Checker> list = new ArrayList<>();   // 运行时多态，虚方法表
Rust：  泛型 fn run<C: Checker>(c: &C)            // 编译期为每个 C 生成专用代码（单态化）
        dyn Checker                                // trait 对象，类似 Java 的接口引用（虚表）

enum Outcome { Pass, Fail(String) }

trait Checker {
    fn check(&self, output: &str, expect: &str) -> Outcome;   // 必须实现
    fn name(&self) -> &str { "checker" }                      // 默认实现，可覆盖
}

跟着做

步骤 1：定义 trait 并实现

cargo new trait-demo
cd trait-demo

enum Outcome { Pass, Fail(String) }

trait Checker {
    fn check(&self, output: &str, expect: &str) -> Outcome;
    fn name(&self) -> &str { "checker" }
}

struct ExactChecker;

impl Checker for ExactChecker {
    fn check(&self, output: &str, expect: &str) -> Outcome {
        if output.trim() == expect.trim() {
            Outcome::Pass
        } else {
            Outcome::Fail(format!("期望 {expect}，实际 {output}"))
        }
    }
    fn name(&self) -> &str { "exact" }   // 覆盖默认实现
}

fn main() {
    let c = ExactChecker;
    match c.check("42\n", "42") {
        Outcome::Pass => println!("[{}] 通过", c.name()),
        Outcome::Fail(m) => println!("[{}] 失败：{m}", c.name()),
    }
}

impl Checker for ExactChecker：trait 与实现类型都必须在本 crate 或其中一方属于本 crate，否则编译器拒绝——孤儿规则保证全世界的 trait 实现不会冲突。

步骤 2：给已有类型补实现（Java 做不到的事）

trait Judge {
    fn judge_name(&self) -> String;
}

impl Judge for i32 {
    fn judge_name(&self) -> String {
        format!("判题器编号 {self}")
    }
}

fn main() {
    println!("{}", 7.judge_name());
}

可以为任意本地 trait 实现到任意类型上（含 i32），或为本地类型实现外来 trait（如 Display）——两头都是外来的才被孤儿规则拦截。

步骤 3：泛型与 trait bound