Trait Objects

Static Dispatch vs Dynamic Dispatch

ใน Rust มีสองวิธีในการเรียก method บน type ที่ implement trait:

Static dispatch (generics): compiler รู้ exact type ณ compile time และสร้าง code เฉพาะสำหรับแต่ละ type — ไม่มี runtime overhead
Dynamic dispatch (trait objects): type จริงถูกกำหนด ณ runtime ผ่าน pointer พิเศษที่เรียกว่า vtable

Trait Objects คืออะไร

Trait object คือ &dyn Trait หรือ Box<dyn Trait> — ข้างในเก็บ pointer สองอัน: หนึ่งชี้ไปยังข้อมูล และอีกหนึ่งชี้ไปยัง vtable ที่เป็นตารางของ function pointer สำหรับ method ของ trait นั้น

เมื่อใดที่ใช้ `Box<dyn Trait>`

dyn Trait โดยตัวเองมีขนาดที่ไม่แน่นอน ณ compile time (เนื่องจาก type จริงอาจมีขนาดต่างกัน) ดังนั้นคุณมักจะต้องวางไว้ใน Box ซึ่ง allocate บน heap:

let animals: Vec<Box<dyn Animal>> = vec![
    Box::new(Dog),
    Box::new(Cat),
];

นี่คือ pattern ทั่วไปสำหรับ heterogeneous collection — รายการที่อาจเก็บ type ต่างๆ ที่ implement trait เดียวกัน

`impl Trait` vs `dyn Trait`

// Static dispatch — compiler สร้าง code เฉพาะสำหรับ type ที่ส่งมา
fn notify(item: &impl Animal) { ... }

// Dynamic dispatch — ตัดสินใจ ณ runtime
fn notify(item: &dyn Animal) { ... }

ใช้ impl Trait เมื่อ type เป็นที่รู้จัก ณ compile time ใช้ dyn Trait เมื่อคุณต้องการความยืดหยุ่น ณ runtime เช่น เก็บ type ต่างๆ ใน Vec หรือส่งผ่าน closure กลับมาจาก function

ลองเล่น

Playground ด้านล่างแสดง trait Animal กับหลาย implementor และ Vec<Box<dyn Animal>> สังเกตว่า Dog และ Cat อยู่ใน Vec เดียวกันได้อย่างไร

Open in Rust Playground

trait Animal {
    fn sound(&self) -> &str;
    fn name(&self) -> &str;
}

struct Dog;
struct Cat;

impl Animal for Dog {
    fn sound(&self) -> &str { "Woof" }
    fn name(&self) -> &str { "Dog" }
}

impl Animal for Cat {
    fn sound(&self) -> &str { "Meow" }
    fn name(&self) -> &str { "Cat" }
}

fn make_sound(animal: &dyn Animal) {
    println!("{} says: {}", animal.name(), animal.sound());
}

fn main() {
    let animals: Vec<Box<dyn Animal>> = vec![
        Box::new(Dog),
        Box::new(Cat),
        Box::new(Dog),
    ];

    for animal in &animals {
        make_sound(animal.as_ref());
    }
}