Question

通常我们会以接口（interface）、基类（base/super class）或泛型（generic）实现多态，为不同类型提供统一调用方式。特征作为这些的 “混合体”，无疑满足需求。

• 泛型：编译期多态。
• 特征：运行期多态。

静态分派

以泛型实现 “单态化”（monomorphization）静态分派（static dispatch），为目标分别创建专用版本。虽然生成更多代码，但不会降低性能，且允许内联。

trait TestTrait {
  fn test(&self);
}

impl TestTrait for i32 {
  fn test(&self) { println!("{}", self); }
}

impl TestTrait for &str {
  fn test(&self) { println!("{}", self); }
}

/* ----------------------------------------*/

// 泛型函数。
fn call<T: TestTrait>(x: T) {   
  x.test();
}

fn main() {
  call(123);
  call("abc");
}

(gdb) disass/s

fn main() {

  call(123);
  
  => mov  edi,0x7b
   call   0x555555567300 <demo::call<i32>>

  call("abc");
  
   lea  rdi,[rip+0xffffffffffffb05a]   # 0x55555556246c
   mov  esi,0x3
   call   0x5555555672c0 <demo::call<&str>>
   
}

动态分派

如果被转换为 特征对象 （trait object），那么只有在执行时才能知道 具体类型 。这不会生成多个副本，而是通过虚拟调用（virtual function calls）实现 动态分派 （dynmaic dispatch）。动态方式会禁止某些优化，禁止内联，性能确有一些影响，但更加灵活。

trait TestTrait {
  fn test(&self);
}

impl TestTrait for i32 {
  fn test(&self) { println!("{}", self); }
}

impl TestTrait for &str {
  fn test(&self) { println!("{}", self); }
}

/* ---------------------------------------------------*/

fn call(x: &dyn TestTrait) {   // 将实参转换为 trait 对象。
  x.test();
}

fn main() {
  call(&123);
  call(&"abc");
}

基本结构：

struct trait_object {
  pointer: *mut (),    // rdi: lea data (void*)
  vtable : *mut (),    // rsi: vtable
}

struct vtable {
  destructor: fn(*mut ()), // 析构
  size    : usize,     // 目标类型大小
  align   : usize,     // 目标类型对齐
  method  : fn(),    // 方法表   +0x18
}

并未像泛型那样生成多个副本，而是将参数转换为特征对象。

(gdb) disass/s

fn main() {

  call(&123);
  
  => lea  rdi,[rip+0xfffffffffffff85c]   # 0x555555566c04
   lea  rsi,[rip+0x37611]        # 0x55555559e9c0
   call   0x555555567380 <demo::call>

  call(&"abc");
  
   lea  rdi,[rip+0x37625]       # 0x55555559e9e0
   lea  rsi,[rip+0x3762e]       # 0x55555559e9f0
   call   0x555555567380 <demo::call>

}

(gdb) x/xw 0x555555566c04   ; .pointer
0x555555566c04:  0x0000007b  ; 0x7b = 123

(gdb) x/4xg 0x55555559e9c0  ; .vtable
0x55555559e9c0: 0x0000555555567470    0x0000000000000004
0x55555559e9d0: 0x0000000000000004    0x00005555555672c0

(gdb) info symbol 0x0000555555567470
core::ptr::drop_in_place<i32>

(gdb) info symbol 0x00005555555672c0
<i32 as demo::TestTrait>::test

通过 vtable + 0x18 获取目标方法地址。

(gdb) disass/s 0x555555567380

fn call(x: &dyn TestTrait) {

   sub  rsp,0x18
   mov  QWORD PTR [rsp+0x8],rdi   ; pointer
   mov  QWORD PTR [rsp+0x10],rsi  ; vtable

  x.test();
   call   QWORD PTR [rsi+0x18]    ; vtable + 0x18

}