4.2 方法与关联函数

在 Rust 中，结构体本身只包含数据，不直接包含行为。要为结构体（或其他类型）添加方法或函数，需要使用 impl 块（implementation block）。通过 impl，你可以定义方法（method）和关联函数（associated function），从而将数据与操作逻辑组织在一起。

定义方法

方法是与特定类型关联的函数，其第一个参数通常是 self、&self 或 &mut self，表示调用该方法的实例。

例如，为之前定义的 Point 结构体添加一个计算到原点距离的方法：

struct Point {
    x: f64,
    y: f64,
}

impl Point {
    fn distance_from_origin(&self) -> f64 {
        (self.x.powi(2) + self.y.powi(2)).sqrt()
    }
}

这里，&self 是 self: &Point 的简写，表示该方法借用当前实例进行只读访问。调用方式如下：

let p = Point { x: 3.0, y: 4.0 };
println!("Distance: {}", p.distance_from_origin()); // 输出 5.0

如果方法需要修改实例，则使用 &mut self：

impl Point {
    fn move_by(&mut self, dx: f64, dy: f64) {
        self.x += dx;
        self.y += dy;
    }
}

let mut p = Point { x: 0.0, y: 0.0 };
p.move_by(1.0, 2.0);

也可以使用 self（无引用）来获取实例的所有权，通常用于消耗性操作或转换：

impl Point {
    fn to_tuple(self) -> (f64, f64) {
        (self.x, self.y)
    }
}

调用后，原变量将不再可用。

关联函数

关联函数是定义在 impl 块中但不以 self 作为参数的函数。它们类似于其他语言中的“静态方法”，常用于构造实例。

最常见的例子是 new 函数：

impl Point {
    fn new(x: f64, y: f64) -> Point {
        Point { x, y }
    }
}

调用时使用类型名而非实例：

let p = Point::new(1.0, 2.0);

Rust 标准库中的许多类型都提供 new 或其他构造函数（如 String::from、Vec::with_capacity 等）。

为同一类型定义多个 impl 块

Rust 允许为同一个类型编写多个 impl 块，这在组织代码或条件编译时很有用：

impl Point {
    fn x(&self) -> f64 {
        self.x
    }
}

impl Point {
    fn y(&self) -> f64 {
        self.y
    }
}

虽然通常建议将相关方法放在同一个 impl 块中以提高可读性，但语法上是允许分散的。

小结

通过 impl 块，Rust 将数据（结构体）与行为（方法和关联函数）清晰地关联起来，同时保持所有权和借用规则的一致性。方法使你可以安全地操作实例数据，而关联函数则提供了灵活的构造方式。这种设计既支持面向对象风格的编程，又保留了函数式和系统级编程的灵活性，是 Rust 类型系统的重要组成部分。