Subtyping and Variance

子类型化和型变

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本章译文最后维护日期：2022-08-21

子类型化是隐式的，可以出现在类型检查或类型推断的任何阶段。 子类型化仅限于两种情况：引入生存期(lifetimes)带来的类型型变(variance)，以及引入高阶生存期带来的类型型变之间。如果我们从类型中擦除了生存期，那么子类型化只能是类型相等(type equality)了。

考虑下面的例子：字符串字面量总是拥有 'static生存期。不过，我们还是可以把 s 赋值给 t：

#![allow(unused)]
fn main() {
fn bar<'a>() {
    let s: &'static str = "hi";
    let t: &'a str = s;
}
}

因为 'static 比生存期参数 'a 的寿命长，所以 &'static str 是 &'a str 的子类型。

高阶函数指针和trait对象可以形成另一种父子类型的关系。 它们是那些通过替换高阶生存期而得出的类型的子类型。举些例子：

#![allow(unused)]
fn main() {
// 这里 'a 被替换成了 'static
let subtype: &(for<'a> fn(&'a i32) -> &'a i32) = &((|x| x) as fn(&_) -> &_);
let supertype: &(fn(&'static i32) -> &'static i32) = subtype;

// 这对于 trait对象也是类似的
let subtype: &(dyn for<'a> Fn(&'a i32) -> &'a i32) = &|x| x;
let supertype: &(dyn Fn(&'static i32) -> &'static i32) = subtype;

// 我们也可以用一个高阶生存期来代替另一个
let subtype: &(for<'a, 'b> fn(&'a i32, &'b i32))= &((|x, y| {}) as fn(&_, &_));
let supertype: &for<'c> fn(&'c i32, &'c i32) = subtype;
}

Variance

型变

型变是泛型类型相对其参数具有的属性。 泛型类型在它的某个参数上的型变是描述该参数的子类型化去如何影响此泛型类型的子类型化。

• 如果 T 是 U 的一个子类型意味着 F<T> 是 F<U> 的一个子类型（即子类型化“通过(passes through)”），则 F<T> 在 T 上是协变的(covariant)。
• 如果 T 是 U 的一个子类型意味着 F<U> 是 F<T> 的一个子类型，则 F<T> 在 T 上是逆变的(contravariant)。
• 其他情况下（即不能由参数类型的子类型化关系推导出此泛型的型变关系），F<T> 在 T 上是的不变的(invariant)。

类型的型变关系由下表中的规则自动确定：

结构体(struct)、枚举(enum)和联合体(union)类型上的型变关系是通过查看其字段类型的型变关系来决定的。 如果参数用在了多处且具有不同型变关系的位置上，则该类型在该参数上是不变的。 例如，下面示例的结构体在 'a 和 T 上是协变的，在 'b、'c 和 U 上是不变的。

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::cell::UnsafeCell;
struct Variance<'a, 'b, 'c, T, U: 'a> {
    x: &'a U,               // 这让 `Variance` 在 'a 上是协变的, 也让在 U 上是协变的, 但是后面也使用了 U
    y: *const T,            // 在 T 上是协变的
    z: UnsafeCell<&'b f64>, // 在 'b 上是不变的
    w: *mut U,              // 在 U 上是不变的, 所以让整个结构体在 U 上是不变的

    f: fn(&'c ()) -> &'c () // 无论是协变还是逆变，都会导致此结构体在 'c 上不变。
}
}

当在结构体(struct)、枚举(enum)和联合体(union)之外使用时，会在每个位置分别检查参数的型变。

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::cell::UnsafeCell;
fn generic_tuple<'short, 'long: 'short>(
    // 'long 同时应用在一个元组里的协变和不变的位置上
    x: (&'long u32, UnsafeCell<&'long u32>),
) {
    // 由于这些位置的型变是单独计算的，我们可以在协变位置自由地收缩 'long。
    let _: (&'short u32, UnsafeCell<&'long u32>) = x;
}

fn takes_fn_ptr<'short, 'middle: 'short>(
    // 'middle 被用在了一个既是协变又是逆变的位置上。
    f: fn(&'middle ()) -> &'middle (),
) {
    // 由于这些位置的型变是单独计算的，我们可以在协变位置自由地收缩 'middle，并在逆变位置拉伸它。
    let _: fn(&'static ()) -> &'short () = f;
}
}