1 tháng học Rust - Generic và Traits trong Rust

Vấn đề

JavaScript là một trong số ngôn ngữ không cần khai báo kiểu. Kiểu dữ liệu được tự động ngầm hiểu và có thể thay đổi linh hoạt. Một biến ban đầu gán giá trị là một số, chỉ sau một vài câu lệnh nó có thể trở thành một chuỗi hoặc bất kỳ giá trị nào khác. Điều đó thật thú vị và đôi khi còn là thảm hoạ!

Trong Rust hay cũng như trong nhiều ngôn ngữ lập trình định kiểu dữ liệu (typed), chúng ta buộc phải khai báo kiểu cho hầu hết mọi thứ như biến, hàm... Tóm lại, kiểu dữ liệu là bắt buộc và bạn không thể thay đổi từ kiểu này sang kiểu khác giống trong JavaScript.

Điều này vừa có "lợi" mà cũng vừa có "hại". Khi mọi thứ đều rõ ràng, chúng ta sẽ tránh được nhiều lỗi không đáng có, và cả người đọc mã về sau cũng dễ dàng nắm bắt được một đối tượng nắm giữ những thứ gì. Nhưng ở phía ngược lại, bạn phải dành phần lớn thời gian để khai báo kiểu và mất đi sự linh hoạt như trong JavaScript.

Tạm gác lại vì bên trên chỉ là quan điểm cá nhân. Thích hay không thích là phụ thuộc vào mỗi người và mỗi hoàn cảnh. Nhưng Rust chắc chắn là một ngôn ngữ định kiểu dữ liệu, và bạn phải biết đến Generic cũng như Traits để biết cách xử lý một số trường hợp thông dụng.

Generic

Chúng ta sử dụng generic để tạo định nghĩa cho các hàm hoặc struct, sau đó có thể sử dụng với nhiều kiểu dữ liệu cụ thể khác nhau.

Lấy một ví dụ, largest là một hàm tìm ra số lớn nhất trong một danh sách list có kiểu i32.

fn largest(list: &[i32]) -> &i32 {
    let mut largest = &list[0];

    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }

    largest
}

largest nhận vào một list là một danh sách có kiểu dữ liệu i32, sau khi tìm ra được số lớn nhất, nó sẽ trả về số đó. Nhưng trong thực tế, ngoài i32 ra chúng ta còn có rất nhiều kiểu dữ liệu khác mà có thể tìm ra được giá trị lớn nhất như i64, f32, f64, char... Rõ ràng là largest không thể nhận vào list có kiểu dữ liệu khác với i32. Vậy thì mỗi khi muốn tìm số lớn nhất lại phải tạo ra thêm một hàm khác với kiểu dữ liệu mới giống như dưới đây hay sao?

fn largest_char(list: &[char]) -> &char {
    let mut largest = &list[0];

    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }

    largest
}

Generics trong Rust giúp ta giải quyết vấn đề trùng lặp mã này. Một Generics được khai báo bằng các kí tự in hoa nhằm biểu thị cho một giá trị chung. Ví dụ:

fn largest<T>(list: &[T]) -> &T {
    ...
}

Rất dễ để nhận thấy T ở đây biểu thị cho một giá trị chung thay vì các kiểu dữ liệu cụ thể. Nếu để đọc hiểu sẽ là: "hàm largest nhận vào một list là một danh sách có kiểu dữ liệu T và trả về kết quả cũng là một giá trị có kiểu dữ liệu T".

Hàm triển khai mới sẽ trông giống như sau:

fn largest<T>(list: &[T]) -> &T {
    let mut largest = &list[0];

    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }

    largest
}

Tuy nhiên largest vẫn chưa thể hoạt động được là do T... quá chung. Hãy nhìn vào thân hàm, phép so sánh item > largest làm cho hàm không hoạt động nếu truyền vào những kiểu dữ liệu không thể so sánh được như là struct, enum... Để giải quyết, trong Rust sinh ra khái niệm traits - PartialOrd là một traits và chỉ cần khai báo T là một PartialOrd.

fn largest<T: PartialOrd>(list: &[T]) -> &T {
    let mut largest = &list[0];

    for item in list {
        if item > largest {
            largest = item;
        }
    }

    largest
}

Vậy traits là gì?

Traits

Traits là một khái niệm để nhóm các đối tượng giống nhau. Traits khá giống với khái niệm interface trong các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng.

Ví dụ bạn có 2 đối tượng là NewsArticle được dùng để lưu một bản tin và Tweet để lưu một chủ đề thảo luận. Bạn nhận ra 2 đối tượng đó đều cần đến một hàm là summarize để tóm tắt lại nội dung thay vì hiển thị một nội dung dài. Traits xuất hiện:

pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}

Summary được khai báo là một traits và bên trong có phương thức summarize. Nhìn vào chỉ biết nó trả về một String và không thấy bất kỳ mã triển khai nào. Đúng vậy, vì đây chỉ là khai báo traits.

Giả sử NewsArticle và Tweet có cấu trúc như sau:

pub struct NewsArticle {
    pub headline: String,
    pub location: String,
    pub author: String,
    pub content: String,
}

pub struct Tweet {
    pub username: String,
    pub content: String,
    pub reply: bool,
    pub retweet: bool,
}

Thì để triển khai traits, cần làm:

impl Summary for NewsArticle {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{}, by {} ({})", self.headline, self.author, self.location)
    }
}

impl Summary for Tweet {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{}: {}", self.username, self.content)
    }
}

Như vậy mỗi khi gọi hàm summarize từ NewsArticle hoặc Tweet sẽ nhận được kết quả tương ứng.

fn main() {
    let tweet = Tweet {
        username: String::from("horse_ebooks"),
        content: String::from(
            "of course, as you probably already know, people",
        ),
        reply: false,
        retweet: false,
    };

    println!("1 new tweet: {}", tweet.summarize()); // 1 new tweet: horse_ebooks: of course, as you probably already know, people
}

Tại sao không triển khai luôn hàm summarize trong NewsArticle hoặc Tweet mà phải thông qua traits? Là để khai báo kiểu và dùng nó để hỗ sợ tham số có nhiều kiểu dữ liệu trong hàm.

Như ví dụ trên, khi chưa khai báo T là PartialOrd thì phép so sánh bên trong sẽ thất bại. Ngược lại, T là PartialOrd, PartialOrd triển khai phép so sánh cho nên Rust biết cách để so sánh các T với nhau. Hoặc như ví dụ dưới đây:

pub fn notify(item: &impl Summary) {
    println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}

notify nhận một item tham số là kiểu triển khai của một Traits Summary. item chỉ cần là bất kỳ đối tượng nào triển khai traits Summary thì item.summarize() sẽ hoạt động.