Tipos Genéricos, Traits, e Tempos de vida (Lifetimes)

Cada linguagem de programação tem ferramentas para lidar de forma efetiva com a duplicação de conceitos; em Rust, uma dessas ferramentas são os tipos genéricos. Tipos genéricos são substitutos abstratos para tipos concretos ou para outras propriedades. Quando estamos escrevendo e compilando o código podemos expressar propriedades de tipos genéricos, como seu comportamento ou como eles se relacionam com outros tipos genéricos, sem precisar saber o que realmente estará no lugar deles.

Do mesmo modo que uma função aceita parâmetros cujos valores não sabemos para escrever código que será processado em múltiplos valores concretos, nós podemos escrever funções que recebem parâmetros de alguns tipos genéricos ao invés de tipos concretos como i32 ou String. Nós já usamos tipos genéricos no Capítulo 6 com Option<T>, no Capítulo 8 com Vec<T> e HashMap<K, V>, e no Capítulo 9 com Result<T, E>. Nesse capítulo, vamos explorar como definir nossos próprios tipos, funções e métodos usando tipos genéricos!

Primeiro, nós vamos revisar as mecânicas de extrair uma função que reduz duplicação de código. Então usaremos a mesma mecânica para fazer uma função genérica usando duas funções que só diferem uma da outra nos tipos dos seus parâmetros. Nós vamos usar tipos genéricos em definições de struct e enum também.

Depois disso, nós vamos discutir traits, que são um modo de definir comportamento de uma forma genérica. Traits podem ser combinados com tipos genéricos para restringir um tipo genérico aos tipos que tem um comportamento particular ao invés de qualquer tipo.

Finalmente, nós discutiremos tempos de vida, que são um tipo de generalização que nos permite dar ao compilador informações sobre como as referências são relacionadas umas com as outras. Tempos de vida são as características em Rust que nos permitem pegar valores emprestados em muitas situações e ainda ter a aprovação do compilador de que as referências serão válidas.

Removendo Duplicação por meio da Extração de uma Função

Antes de entrar na sintaxe de tipos genéricos, vamos primeiro revisar uma técnica para lidar com duplicatas que não usa tipos genéricos: extraindo uma função. Uma vez que isso esteja fresco em nossas mentes, usaremos as mesmas mecânicas com tipos genéricos para extrair uma função genérica! Do mesmo modo que você reconhece código duplicado para extrair para uma função, você começará a reconhecer código duplicado que pode usar tipos genéricos.

Considere um pequeno programa que acha o maior número em uma lsita, mostrado na Listagem 10-1:

Nome do arquivo: src/main.rs

fn main() {
    let lista_numero = vec![34, 50, 25, 100, 65];

    let mut maior = lista_numero[0];

    for numero in lista_numero {
        if numero > maior {
            maior = numero;
        }
    }

    println!("O maior número é {}", maior);
 assert_eq!(maior, 100);
}

Listagem 10-1: Código para achar o maior número em uma lista de números

Esse código recebe uma lista de inteiros, guardados aqui na variável lista_numero. Coloca o primeiro item da lista na variável chamada maior. Então ele itera por todos os números da lista, e se o valor atual é maior que o número guardado em maior, substitui o valor em maior. Se o valor atual é menor que o valor visto até então, maior não é mudado. Quando todos os items da lista foram considerados, maior terá o maior valor, que nesse caso é 100.

Se nós precisássemos encontrar o maior número em duas listas diferentes de números, nós poderíamos duplicar o código da Listagem 10-1 e usar a mesma lógica nas duas partes do programa, como na Listagem 10-2:

Nome do arquivo: src/main.rs

fn main() {
    let lista_numero = vec![34, 50, 25, 100, 65];

    let mut maior = lista_numero[0];

    for numero in lista_numero {
        if numero > maior {
            maior = numero;
        }
    }

    println!("O maior número é {}", maior);

    let lista_numero = vec![102, 34, 6000, 89, 54, 2, 43, 8];

    let mut maior = lista_numero[0];

    for numero in lista_numero {
        if numero > maior {
            maior = numero;
        }
    }

    println!("O maior número é {}", maior);
}

Listagem 10-2: Código para encontrar o maior número em duas listas de números

Ao passo que esse código funciona, duplicar código é tedioso e tende a causar erros, e significa que temos múltiplos lugares para atualizar a lógica se precisarmos mudá-lo.

Para eliminar essa duplicação, nós podemos criar uma abstração, que nesse caso será na forma de uma função que opera em uma lista de inteiros passadas à função como um parâmetro. Isso aumentará a clareza do nosso código e nos permitirá comunicar e pensar sobre o conceito de achar o maior número em uma lista independentemente do lugar no qual esse conceito é usado.

No programa na Listagem 10-3, nós extraímos o código que encontra o maior número para uma função chamada maior. Esse programa pode achar o maior número em duas listas de números diferentes, mas o código da lista 10-1 existe apenas em um lugar:

Nome do arquivo: src/main.rs

fn maior(list: &[i32]) -> i32 {
    let mut maior = list[0];

    for &item in list.iter() {
        if item > maior {
            maior = item;
        }
    }

    maior
}

fn main() {
    let lista_numero = vec![34, 50, 25, 100, 65];

    let resultado = maior(&lista_numero);
    println!("O maior número é {}", resultado);
   assert_eq!(resultado, 100);

    let lista_numero = vec![102, 34, 6000, 89, 54, 2, 43, 8];

    let resultado = maior(&lista_numero);
    println!("O maior número é {}", resultado);
   assert_eq!(resultado, 6000);
}

Listagem 10-3: Código abstraído para encontrar o maior numḿero em duas listas

A função tem o parâmetro, list, que representa qualquer corte concreto de valores i32 que podemos passar para uma função. O código na definição da função opera na representação da list de qualquer &[i32]. Quando nós passamos a função maior, o código é executado com os valores específicos que nós passamos.

As mecânicas que usamos da Listagem 10-2 para a Listagem 10-3 foram as seguintes:

1. Nós notamos que havia código duplicado.
2. Nós extraímos o código duplicado para o corpo da função, e especificamos as entradas e os valores de retorno daquele código na assinatura da função.
3. Nós substituímos os dois locais concretos que tinham código duplicado para chamar a função.

Nós podemos usar os mesmos passos usando tipos genéricos para reduzir a duplicação de código de diferentes modos em diferentes cenários. Do mesmo modo que o corpo da função agora é operado em uma list abstrata ao invés de valores concretos, códigos usando tipos genéricos operarão em tipos abstratos. Os conceitos empoderando tipos genéricos são os mesmos conceitos que você já conhece que empodera funções, só que aplicado de modos diferentes.

E se nós tivéssemos duas funções, uma que acha o maior item em um slice de valores i32 e um que acha o maior item em um corte de valores char? Como nos livraríamos dessa duplicação? Vamos descobrir!