Rust のトレイト

基本概要

型に対して実装すべきメソッドを定義したのがトレイト

Java で言うところのインタフェース

// デカルト座標
#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, PartialOrd, Default)]
pub struct CartesianCoord {
    pub x: f64,
    pub y: f64,
}

// 極座標
pub struct PolarCoord {
    pub r: f64,
    pub theta: f64,
}

// 座標
pub trait Coordinates {
    // 関数の本体は書かない
    fn to_cartesian(self) -> CartesianCoord;
    fn from_cartesian(cart: CartesianCoord) -> Self;
}

// デカルト座標系はそのまま
impl Coordinates for CartesianCoord {
    fn to_cartesian(self) -> CartesianCoord {
        self
    }
    fn from_cartesian(cart: CartesianCoord) -> Self {
        cart
    }
}

// 極座標系は変換が必要
impl Coordinates for PolarCoord {
    fn to_cartesian(self) -> CartesianCoord {
        CartesianCoord {
            x: self.r * self.theta.cos(),
            y: self.r * self.theta.sin(),
        }
    }
    fn from_cartesian(cart: CartesianCoord) -> Self {
        PolarCoord {
            r: (cart.x * cart.x + cart.y * cart.y).sqrt(),
            theta: (cart.y / cart.x).atan(),
        }
    }
}

// タプルにもトレイトを実装できる
impl Coordinates for (f64, f64) {
    fn to_cartesian(self) -> CartesianCoord {
        CartesianCoord {
            x: self.0,
            y: self.1,
        }
    }
    fn from_cartesian(cart: CartesianCoord) -> Self {
        (cart.x, cart.y)
    }
}

ジェネリクスで受け取る型に境界（「トレイトを実装している型」というような境界）をトレイト境界という
下の例だと、パラメータ P の後にトレイト名を付けることで、to_cartesian() を実装している型しか受け取れない、と強制できる
```
fn print_point<P: Coordinates>(point: P) {
    let p = point.to_cartesian();
    println!("({}, {})", p.x, p.y)
}
```

関数の型の後に where<トレイト境界> という書き方も OK

fn print_point<P>(point: P)
where
    P: Coordinates,
{
    let p = point.to_cartesian();
    println!("({}, {})", p.x, p.y)
}

impl Trait 構文で書く方法もある
- 関数の引数の型の位置に impl トレイト名 を書くことで、トレイト境界を指定する。
- この構文を使うと、型パラメータや具体的な型名に言及せずにトレイト境界を書くことができる
```
fn print_point(point: impl Coordinates) {
    let p = point.to_cartesian();
    println!("({}, {})", p.x, p.y)
}
```
トレイトを継承することも可能
トレイトのメソッドにはデフォルト実装をもたせることができる
トレイトで定義した関数は、トレイトとそれを実装する型が可視であれば、他のモジュールからアクセスできる
- 関数ごとに pub を付ける必要はない

トレイト実装のルール：あるトレイト Trait をある型 Type に実装するためには、トレイト Trait または型 Type の少なくともどちらか一方の定義のあるクレートで実装しなければならない

	型：自クレート	型：他クレート
トレイト：自クレート	○	○
トレイト：他クレート	○	×

いくつかの標準ライブラリのトレイトは #[derive(XXX)] アトリビュートを使うことで型定義時に自動で実装できる

トレイトのジェネリクス

trait トレイト名<型パラメータ> で宣言できる

trait Init<T> {
    fn init(t: T) -> Self;
}

実装も今まで通り

型パラメータを導入する箇所は、トレイト名より前であることに注意

impl<T> Init<T> for Box<T> {
    // 内部では`T`でパラメータの型を参照する
    fn init(t: T) -> Self {
        Box::new(t)
    }
}

トレイトを実装する際に、列挙されてないメソッドも定義する

クラスベースの言語から来た身としては、変に悩んでしまったので…
rust-jp.rs の日本語コミュニティ（Slack）の方々に回答いただいた。

やりたいこと：Java での実装例

タイトルだけでは何がしたいのかさっぱりわからないと思うので、実現したいことを Java で書くと以下のような感じ：

import java.util.*;

interface Service {
    int ID = 123;
    void displayId();
}

class Module implements Service {
    public void displayId() {
        System.out.println(getId());
    }
    
    private int getId() {
        return this.ID;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Module module = new Module();
        module.displayId();
    }
}

要は、以下の2点：
- インタフェース（Rust ではトレイト）で public なメソッドを1つ列挙しておきたい
- 実装クラス（Rust では impl）の中で、 private なメソッドを定義して利用したい

Rust で実現：失敗例

これを Rust で実現しようとこのように書くとコンパイルエラーが出て怒られる：

Rust Playground 上での実装例

trait Service {
    fn display(&self);
}

struct Module {
    id: u64,
}

impl Service for Module {
    fn display(&self) {
        print!("{}", get_id());
    }

    fn get_id(&self) -> u64 {
        self.id
    }
}

fn main() {
    let module = Module{
        id: 12,
    };
    module.display();
}

エラーメッセージは、error[E0407]: method get_id is not a member of trait Service と error[E0425]: cannot find function get_id in this scope というもの。
- get_id というメソッドは Service トレイトで列挙していないので、書けないよ と怒られてしまう。

Rust で実現：成功例

ということで、以下のようにするとコンパイラに怒られずに済む：

trait Service {
    fn display(&self);
}

struct Module {
    id: u64,
}

impl Service for Module {
    fn display(&self) {
        print!("{}", self.get_id());
    }
}

impl Module {
    fn get_id(&self) -> u64 {
        self.id
    }
}

fn main() {
    let module = Module{
        id: 12,
    };
    module.display();
}

直したのは、 Service トレイトの実装 Module をトレイトの実装部分（ impl Service for Module の箇所）と Module 独自のメソッドを定義する部分（ impl Module の箇所）に分けて書く、という点。