范型和替换

给定泛型类型MyType<A, B, ...>，我们可能希望将泛型参数A, B, ...替换为其他一些类型（可能是其他泛型参数或具体类型）。我们在进行类型推断，类型检查和Trait求解时会做很多这类事情。从概念上讲，在这些过程中，我们可能会发现一种类型等于另一种类型，并希望将一种类型换成另一种类型，依此类推，直到最终得到一些具体的类型（或错误）。

在rustc中，这是使用我们上面提到的SubstsRef完成的（“substs” = “substitutions”）。从概念上讲，您可以认为SubstsRef 是一个替换ADT泛型类型参数的类型列表。

SubstsRef是List<GenericArg<'tcx>>的类型别名（请参阅rust文档中的List）。 GenericArg本质上是GenericArgKind周围的节省空间的包装器，这是一个枚举，指示类型参数是哪种泛型（类型，生存期或const）。因此，SubstsRef在概念上类似于&tcx [GenericArgKind <'tcx>]切片（但它实际上是一个List）。

那么为什么我们使用这种List类型而不是真正的slice呢？它的长度是“内连”的，因此&List仅为32位。结果，它不能被切片（仅在长度超出范围时才起作用）。

这也意味着您可以通过==来检查两个List的相等性（对于普通切片是不可能的）。正是因为它们从不代表“子列表”，而仅代表完整的“列表”，该列表已被散列和interned。

综上所述，让我们回到上面的示例：

struct MyStruct<T>

MyStruct会有一个AdtDef（和相应的DefId）。
T会有一个TyKind::Param（以及相应的DefId）（稍后再介绍）。
将有一个包含列表[GenericArgKind::Type(Ty(T))]的SubstsRef。
- 这里的Ty(T)是对ty::Ty的简写，其中有TyKind::Param，我们在之前提到过这一点。
这是一个TyKind::Adt，其中包含MyStruct的AdtDef和上面的SubstsRef。

最后，我们将快速提到Generics类型。它用于提供某个类型的类型参数的信息。

替换前的范型

因此，回想一下，在我们的示例中，MyStruct结构具有范型T。例如，当我们对使用MyStruct的函数进行类型检查时，我们将需要能够在不真正知道T是什么的情况下引用该类型T。总的来说，在所有泛型定义中都是如此：我们需要能够处理未知类型。这是通过TyKind::Param（我们在上面的示例中提到的）完成的。

每个TyKind::Param都包含两个字段：名称和索引。通常，索引完全定义了参数，并且大多数代码都使用该索引。名称则包含在调试打印输出中。

这么做有两个原因。首先，索引很方便，它使您可以在替换时将其包含在通用参数列表中。其次，索引鲁棒性更强。例如，原则上可以有两个使用相同名称的不同类型参数，例如 impl<A> Foo<A> { fn bar<A>() { .. } }，尽管禁止阴影的规则使此操作变得困难（但是将来这些语言规则可能会更改）。

类型参数的索引是一个整数，指示其在类型参数列表中的顺序。此外，我们认为该列表包括来自外部作用域的所有类型参数。考虑以下示例：

struct Foo<A, B> {
  // A would have index 0
  // B would have index 1

  .. // some fields
}
impl<X, Y> Foo<X, Y> {
  fn method<Z>() {
    // inside here, X, Y and Z are all in scope
    // X has index 0
    // Y has index 1
    // Z has index 2
  }
}

当我们在泛型定义中工作时，我们将像其他TyKind一样使用TyKind::Param。毕竟这只是一种类型。但是，如果我们想在某个地方使用范型，那么我们将需要进行替换。

例如，假设前面示例中的Foo <A, B>类型的字段为Vec<A>。请注意，Vec也是通用类型。我们要告诉编译器，应将Vec的类型参数替换为Foo<A,B>的A类型参数。我们通过替换来做到这一点：

struct Foo<A, B> { // Adt(Foo, &[Param(0), Param(1)])
  x: Vec<A>, // Adt(Vec, &[Param(0)])
  ..
}

fn bar(foo: Foo<u32, f32>) { // Adt(Foo, &[u32, f32])
  let y = foo.x; // Vec<Param(0)> => Vec<u32>
}

这个例子有一些不同的替代：

在Foo的定义中，在字段x的类型中，将Vec的类型参数替换为Param(0)，即Foo<A, B>的第一个参数，因此x的类型是Vec <A>。
在函数bar上，我们指定要使用Foo<u32, f32>。这意味着我们将用u32和f32替换Param(0)和 Param(1)。
在bar的函数体中，我们访问foo.x，其类型为Vec<Param(0)>，但Param(0)已经被替换为u32，因此，foo.x 的类型为Vec<u32>。

让我们更仔细地看看最后的替换方法，以了解为什么使用索引。如果要查找foo.x的类型，则可以获取x的范型，即Vec<Param(0)>。现在我们可以使用索引0，并使用它来查找正确的类型替换：查看Foo的SubstsRef，我们有列表[u32, f32]，因为我们要替换索引0 ，我们采用此列表的第0个索引，即u32。然后就好了！

您可能有几个后续问题……

type_of 我们如何获得x的范型？您可以通过 tcx.type_of(def_id) 查询获得几乎所有类型的东西，在这种情况下，我们将传递字段x的DefId。 type_of查询总是返回带有定义范围内的泛型的定义。例如，tcx.type_of(def_id_of_my_struct)将返回MyStruct的“自视图”：Adt(Foo, &[Param(0), Param(1)])。

subst 我们如何实际地进行替换？也有一个用来这么做的函数！您可以使用subst将SubstRef替换为其他类型的列表。

这里是在编译器中实际使用subst的示例。确切的细节并不是太重要，但是在这段代码中，我们碰巧将其从rustc_hir::Ty转换为真实的ty::Ty。您可以看到我们首先得到了一些替换（substs）。然后我们调用type_of来获取类型，并调用ty.subst(substs)来获得新的ty类型，并进行替换。

关于索引的注释：Param中的索引可能与我们期望的不匹配。例如，索引可能超出范围，或者可能是我们期望类型时却得到了一个生命周期的索引。从rustc_hir::Ty转换为ty::Ty时或者更早，编译器会捕获这些错误。如果它们在那以后发生，那就是编译器错误。

Guide to Rustc Development

范型和替换

替换前的范型