在 Rust 中沒有任何東西

大綱#

我假裝這裡有東西，但實際上沒有。
- PhantomData
這裡現在是空的
- Null
- Option::None
這裡永遠不會有東西。
- 空元組
我會讓你一直等到時間的盡頭，空手而歸。
- 永遠類型

這是一個關於 Rust 語言中表達「nothing」的一些方式的短篇選集。

在編程中，「nothing」這個概念有幾種不同的解釋：

「我假裝這裡有東西，但實際上沒有。」
「這裡現在是空的。」
「這裡永遠不會有東西。」
「我會讓你一直等到時間的盡頭，空手而歸。」

雖然這聽起來像是我的前任說的最後一句話，但我很好。

我假裝這裡有東西，但實際上沒有。（“I’m pretending like there’s something here, but there actually isn’t.”）#

PhantomData#

Rust 標準庫中有很多高品質的代碼，但是很少有像std::marker::PhantomData這樣純淨優雅的示例。（它的實現和std::mem::drop一樣優雅純粹。）

PhantomData<T>是一種零大小的類型，無論 T 是什麼。這就像對編譯器撒一個小謊言：你聲稱持有一個T，但實際上並不是。與一些謊言不同，這實際上有益於代碼。

在實踐中，我看到它主要用於兩種情況：

持有生命週期說明符，限制其包含的結構體的生命週期。這對於將生命週期人為地附加到原始指針上可能很有用。

struct PointerWithLifetime<'a, T> {
    pointer: *const T,
    _marker: std::marker::PhantomData<&'a ()>,
}

為了模擬持有類型 T 的值，當實際值由另一個系統持有（或管理）時。您可能會在與非傳統存儲模型或 FFI 交互時看到這種情況。

mod external {
    pub fn get(location: u64) -> Vec<u8> { /* ... */ }
}

struct Slot<T> {
    location: u64,
    _marker: std::marker::PhantomData<T>,
}

impl<T: From<Vec<u8>>> Slot<T> {
    fn get(&self) -> T {
        T::from(external::get(self.location))
    }
}

這裡現在是空的。（“There is nothing here now.”）#

Null#

Rust 中沒有 null。

你被欺騙了，可能還被控制了。我懂的。「哦，Null 沒有任何問題。」

在安全的 Rust 中這是正確的。

然而，有時需要拔掉創可貼，探究表面下正在發生的事情。

let n: *const i32 = std::ptr::null();
unsafe {
    println!("{}", *n); // Segmentation fault
}

（提醒：原始指針只能在不安全的代碼塊中進行解引用。）

Rust 的設計使您很少需要深入研究指針操作。您可能會在與 C 代碼交互時或者在使用 Rust 重寫 Quake III 時遇到原始指針（*const 和 *mut 類型）。

Option::None#

標準庫提供了 Option 枚舉類型，其中包含兩個變體 Some 和 None。這是表示可能存在或不存在的值的推薦方式，而不是使用空指針。它就像一個小的安全包裝器，您應該使用它，除非您知道自己在做什麼並準備好了後果，或者是單獨工作。

但是，使用空指針和使用 None 之間存在顯著差異。首先，Option<T> 是一個擁有的類型，而原始指針只是指向內存中的一些空間。這意味著，除了在使用原始指針時必須小心的不安全操作和所有其他事項之外，None 的大小可以變化，適應它所包圍的東西的大小。它只是一個枚舉類型 Option<T> 的變體，如果 T 是 Sized，則任何 Option<T> 值都至少與 T 一樣大，包括 None。而 *const T (當 T: Sized 時) 總是與 usize 相同大小。

這裡永遠不會有東西（“There will never be anything here.”）#

空元組#

空元組寫作空括號 ()。

我曾經寫過 Java 代碼。雖然不是完美的，但至少很有品位。在 Java 中，具有 void 返回類型的方法不返回值，無論您給出什麼或多少內容。

空元組在 Rust 中具有類似的作用：不返回實際值的函數隱式返回空元組。但是，它的用途比這更加多樣化。

由於空元組是一個值（儘管是沒有內容且大小為零的值），也是一種類型，因此有時將其用於參數化 Result 類型以表示一個不提供有意義反饋的易錯函數可能會很有用。

impl Partner {
    fn process_request(&mut self, proposition: Proposition) -> Result<(), (u32, RejectionReason)> {
        use std::time::{SystemTime, Duration};
        use chrono::prelude::*;

        self.last_request = SystemTime::now();

        if SystemTime::now().duration_since(self.last_request).unwrap() < Duration::from_secs(60 * 60 * 24 * 7) {
            Err((429, RejectionReason::TooManyRequests))
        } else if proposition.deposit < self.minimum_required_deposit {
            Err((402, RejectionReason::PaymentRequired))
        } else if SystemTime::now().duration_since(self.created_at).unwrap() < Duration::from_secs(60 * 60 * 24 * 366 * 18) {
            Err((451, RejectionReason::UnavailableForLegalReasons))
        } else if Local::now().hours() < 19 {
            Err((425, RejectionReason::TooEarly))
        } else if Local::now().hours() > 20 {
            Err((503, RejectionReason::ServiceUnavailable))
        } else if proposition.len() >= 6 {
            Err((413, RejectionReason::ContentTooLarge))
        } else if !proposition.flushed() {
            Err((409, RejectionReason::Conflict))
        } else if !matches!(proposition.origin_address, Location::Permanent(..)) {
            Err((417, RejectionReason::ExpectationFailed))
        } else {
            Ok(())
        }
    }
}

我會讓你一直等到時間的盡頭，空手而歸。(“I’m going to leave you, waiting here, empty-handed, until the end of time.”)#

永遠類型#

如何調用一個函數的返回類型，它不僅不返回值，而且根本永遠不會返回？嗯，您可以嘗試所有傳統方法都無濟於事 - 您將永遠無法在那一點之後繼續，因此需要一些精細的處理。

這就是所謂的「never」類型。以下是幾種遇到它的方式

let never_loop = loop {}; // loop never exits
let never_panic = panic!(); // panic terminates execution

let value: u32 = match Some(1) {
    Some(x) => x,
    None => return, // `return` is of type never
};

雖然語法仍處於實驗階段，但「never」類型用感嘆號！表示。與此同時，您可以使用 Infallible 作為替代。

當實現一個具有您永遠不需要的關聯類型的 trait 時，「never」類型可能會很有用。再次以 Result 為例：

trait FailureLogProvider {
    type Error;
    fn get_failure_logs(&self) -> Result<Vec<FailureLog>, Self::Error>;
}

impl FailureLogProvider for Partner {
    type Error = !;
    fn get_failure_logs(&self) -> Result<Vec<FailureLog>, Self::Error> {
        Ok(self.failure_log)
    }
}

在示例中的函數實現始終成功，但是 trait 允許實現失敗。為了表示這一點，關聯的 Error 類型是「never」類型。

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