TL;DR
- Rust はリフレクションをサポートしていない。
std::any::Anyを使えば具体的な型へのダウンキャストはできるが、その型がどのトレイトを実装しているかは分からない。- 他の言語でリフレクションを使って実現する機能は、トレイトやマクロで実現する。
内容
https://effective-rust.com/reflection.html
std::any モジュール
Rust はリフレクションをサポートしていないので、「リフレクションを避けよう」というアドバイスに従うのは簡単である。他の言語でリフレクションを使って解く問題の多くは、Rust では別の機能で解ける。std::any モジュールには似た機能があるが、制約が多いので、他に手段がないときだけ使う。
type_name を使うと型名を取得できる。
fn tname<T: ?Sized>(_v: &T) -> &'static str {
std::any::type_name::<T>()
}
let x = 42u32;
println!("x: {} = {}", tname(&x), x); // x: u32 = 42ただし、type_name はコンパイル時の情報しか使えないので、トレイトオブジェクトからは具体的な型を得られない。&dyn Draw に変換した Square の型名は &dyn Draw になる。また、ドキュメントにある通り、結果はベストエフォートの説明にすぎず、一意でもなく、コンパイラのバージョンで変わりうる。診断用にだけ使い、結果を解析してはいけない。
グローバルに一意な型の識別子が必要なら TypeId を使う。ただし通常は、TypeId を直接使うより、標準ライブラリが機能を用意している Any トレイトを使う。
Any トレイト
Any には、ほぼすべての型に対するブランケット実装がある。
impl<T: 'static + ?Sized> Any for T {
fn type_id(&self) -> TypeId {
TypeId::of::<T>()
}
}T: 'static の制約があるのは、生存期間が型シグネチャには含まれても TypeId には含まれず、生存期間だけが違う型が同じ値になるからである。制約がないと、意図しない型の混同が起きうる。
dyn Any の vtable には type_id メソッドしかない。dyn Any には、型が T と等しいかを調べる is::<T>() と、等しければ T への参照を返す downcast_ref::<T>()、downcast_mut::<T>() がある。つまり、ダウンキャストするには、プログラマが明示的に &dyn Any を作り、そこにコンパイル時の型情報を残しておく必要がある。Any はリフレクションの完全な代わりにはならない。
コンパイル時と実行時の型の違い
Rust では、コンパイル時と実行時で値に結び付く型が違うことがある。トレイトオブジェクトはその例である。Any でコンパイル時の情報は得られても、実行時にその値がどのトレイトを実装しているかを調べたり、トレイトオブジェクトを作るのに必要な vtable を得たりはできない。
スーパートレイトも同様で、is-a ではなく also-implements の関係である（項目12）。trait Shape: Draw のとき、&dyn Shape の vtable には Draw のメソッドも入っているが、impl Draw for Square の vtable を取り戻す方法はない。そのため、dyn Shape から dyn Draw を作る直接の方法はない。
リフレクションの代わり
- Java など他の言語でも推奨されるように、リフレクションではなくインタフェース、Rust ではトレイトを使う。必要な振る舞いはトレイトとして定義し、メソッドで表せない性質はマーカトレイトで表す
- トレイトオブジェクトを使えば、
dlopen(3)のようにリンク時には存在しないコードを実行時に読み込んで使える - 同じライブラリの異なるバージョンを同時に読み込む用途は、Cargo が担うので不要である（項目25）
- マクロ、特に derive マクロを使えば、コンパイル時に型の情報を使ったコードを効率的かつ型安全に生成できる（項目28）
トレイトのアップキャスト
トレイトのアップキャストを使うと、U が T のスーパートレイト（trait T: U）であれば、dyn T を dyn U に変換できる。原書の時点では安定版で使えなかったが、Rust 1.86 で安定化された。これにより、リスコフの置換原則でいう is-a の関係に近づく。ただし、この項目の論点は変わらない。