使用Iced的过程中理解Rust的关联类型

关联类型(Associated type)

关联类型是Rust为了解决类型参数(type parameter)之间的依赖关系而引入的。清楚的解释引入动机的文章就是 RFC095 。

同时，这篇文章详细说明了如何引用关联类型。

一个实际的例子

我们在使用Iced（一个跨平台的GUI库）开发一个自定义样式的button的时候， 遇到了关联类型。

以下代码创建一个button对象，宽度80，高50，样式怎么输入呢？

button(
    text(input).size(24)
        .vertical_alignment(Vertical::Center)
        .horizontal_alignment(Horizontal::Center)
)
    .padding(10)
    .width(80)
    .height(50)
    .style( ?? )    /// <-- 这里该写什么呢？
    .on_press(msg)

看看这个style方法的签名。

iced_native::widget::button 
impl<'a, Message, Renderer> Button<'a, Message, Renderer> 
where     
    Renderer: crate::Renderer,     
    Renderer::Theme: StyleSheet,
pub fn style(mut self, style: <Renderer::Theme as StyleSheet>::Style) -> Self
-------------------------------------------------------------
Sets the style variant of this Button.

style方法是Button结构体的一个关联方法。

Button结构体是一个组件，它有两个类型参数，Message和Renderer。 其中Renderer类型参数的Bound在where中明确

• Renderer: crate::Renderer 需要实现crate::Renderer trait.
• Renderer::Theme: StyleSheet 并且该crate::Renderer trait的Theme关联类型需要实现 StyleSheet trait.

crate::Renderer trait如下，有一个Theme关联类型

/// A component that can be used by widgets to draw themselves on a screen.
pub trait Renderer: Sized {
    /// The supported theme of the [`Renderer`].
    type Theme;
    ...
    ...

还是回到这个style方法pub fn style(mut self, style: <Renderer::Theme as StyleSheet>::Style) -> Self。

这个方法的入参style的类型是<Renderer::Theme as StyleSheet>::Style，这个PATH的前缀是 <Renderer::Theme as StyleSheet> 表示实现了Renderer trait的类型的Theme关联类型 需要实现StyleSheet trait。

因此<Renderer::Theme as StyleSheet>::Style完整的含义就是

1. 某个渲染类型 SomeRenderer 实现了crate::Renderer trait.
2. 某个样式板类型 SomeThemeType 实现了button::StyleSheet。
3. 且 SomeRenderer::Theme = SomeThemeType
4. <Renderer::Theme as StyleSheet>::Style就是 SomeThemeType::Style = < ?? >.

因此style方法的入参的实际类型就是SomeStyleSheet::Style的实际类型。所以我们要找到SomeRenderer和SomeThemeType。

1. 先看crate::Renderer trait的实现类型有那些，可以看到Renderer<B, T>

   impl<B, T> iced_native::Renderer for Renderer<B, T>
   where
       B: Backend,
   {
       type Theme = T;
       ...
       ...

这个结构体如下，

/// A backend-agnostic renderer that supports all the built-in widgets.
#[derive(Debug)]
pub struct Renderer<B: Backend, Theme> {
    backend: B,
    primitives: Vec<Primitive>,
    theme: PhantomData<Theme>,
}

这个似乎就是我们要找的 SomeRenderer。但是这个Renderer<B, T>有两个类型参数，第二个就是Theme类型参数。还是没有看到 这个类型参数具体的类型是什么。继续看哪里使用了这个带有类型参数的结构体Renderer<B, T>。

/// A [`wgpu`] graphics renderer for [`iced`].
///
/// [`wgpu`]: https://github.com/gfx-rs/wgpu-rs
/// [`iced`]: https://github.com/iced-rs/iced
pub type Renderer<Theme = iced_native::Theme> =
    iced_graphics::Renderer<Backend, Theme>;

这里看到声明了一个新的类型iced_wgpu::Renderer，并且指定了Theme = iced_style::theme::Theme。 这个新的类型在哪里使用了呢？

impl<Theme> iced_graphics::window::Compositor for Compositor<Theme> {
    type Settings = Settings;
    type Renderer = Renderer<Theme>;
    type Surface = wgpu::Surface;

    fn new<W: HasRawWindowHandle + HasRawDisplayHandle>(
        settings: Self::Settings,
        compatible_window: Option<&W>,
    ) -> Result<(Self, Self::Renderer), Error> {
        let compositor = futures::executor::block_on(Self::request(
            settings,
            compatible_window,
        ))
        .ok_or(Error::GraphicsAdapterNotFound)?;

        let backend = compositor.create_backend();

        Ok((compositor, Renderer::new(backend)))  /// <--- 这里的Renderer就是指定了Theme的Renderer<B,T>
    }

因此这个iced_wgpu::Renderer就是我们要找的SomeRenderer，而SomeRenderer::Theme就是 iced_style::theme::Theme就是我们要找的SomeThemeType。

2. 接着看iced_style::theme::Theme类型如何实现button::StyleSheet trait 从这里可以看到 SomeThemeType::Style = iced_style::theme::Button 因此style方法的入参是iced_style::theme::Button, 是一个枚举类型。

/// The style of a button.
#[derive(Default)]
pub enum Button {
    /// The primary style.
    #[default]
    Primary,
    /// The secondary style.
    Secondary,
    /// The positive style.
    Positive,
    /// The destructive style.
    Destructive,
    /// The text style.
    ///
    /// Useful for links!
    Text,
    /// A custom style.
    Custom(Box<dyn button::StyleSheet<Style = Theme>>),
} 

从定义可以看出，如果我们要实现自定义的样式就需要使用Button::Custom(Box::new(??)).

而button::StyleSheet<Style = Theme>类型意思是某类型实现了button::StyleSheet trait, 并且关联类型Style = iced_style::theme::Theme.

所以我们可以写一个自定义的button样式了。

struct ButtonStyle;

impl StyleSheet for ButtonStyle {
    type Style = iced_style::theme::Theme; ///<-- 这里可以简写为 type Style = Theme;

    fn active(&self, style: &Self::Style) -> Appearance {
        Appearance {
            shadow_offset: Default::default(),
            background: Some(Background::Color(Color::from_rgb8(204, 204, 204))),
            border_radius: 5.0,
            border_width: 0.0,
            border_color: Default::default(),
            text_color: Color::from_rgb8(0, 0, 0),
        }
    }
}

style方法的入参就是Button::Custom(Box::new(ButtonStyle{}))。

最后style方法的使用如下

button(
    text(input).size(24)
        .vertical_alignment(Vertical::Center)
        .horizontal_alignment(Horizontal::Center)
)
    .padding(10)
    .width(80)
    .height(50)
    .style( Button::Custom(Box::new(ButtonStyle{})) ) /// 这里该写什么呢？
    .on_press(msg)

关于Iced

Iced使用的Elm模型非常容易使用。我用它实现一个简单的计算器。

总结

关联类型是Rust非常重要的特性。如果不深入理解的话，编译的错误信息都看不明白。