《Effective Rust》第 6 条：拥抱 newtype 模式

第 6 条：拥抱 newtype 模式

[第 1 条]描述了元组结构体，它的字段没有名字，而是通过数字（self.0）来引用。本条着重介绍的是，只包含一个类型的元组结构体。它是一个新的类型，可以包含和内置类型一样的值。在 Rust 中，这个模式非常普遍，它叫做：newtype 模式。

newtype 模式的最简单用法，是在类型原有行为的基础上，提供[额外的语义]。想象有一个将卫星送往火星的项目。[^1]这是一个大项目，不同的团队已经构建了项目的不同部分。其中一个小组负责火箭引擎的代码：

/// 点燃推进器。返回产生的脉冲，单位为磅/秒。
pub fn thruster_impulse(direction: Direction) -> f64 {
    // ...
    return 42.0;
}

另一个团队负责惯性导航系统：

/// 根据提供的推力（单位：牛顿/秒）更新轨迹模型。
pub fn update_trajectory(force: f64) {
    // ...
}

最终，结合这些不同部分：

let thruster_force: f64 = thruster_impulse(direction);
let new_direction = update_trajectory(thruster_force);

糟糕。[^2]

Rust 有类型别名的特性，让不同的团队能够更清楚地表达他们的意图：

/// 推力的单位。
pub type PoundForceSeconds = f64;

/// 点燃推进器。返回产生的脉冲。
pub fn thruster_impulse(direction: Direction) -> PoundForceSeconds {
    // ...
    return 42.0;
}

/// 推力的单位。
pub type NewtonSeconds = f64;

/// 更新冲力轨迹模型。
pub fn update_trajectory(force: NewtonSeconds) {
    // ...
}

然而，实际上类型别名只是文档：它们比前面的文档注释有更强的提示，但不能阻止 PoundForceSeconds 值被使用在希望使用 NewtonSeconds 值的地方。

let thruster_force: PoundForceSeconds = thruster_impulse(direction);
let new_direction = update_trajectory(thruster_force);

再次出现问题了。

这就是 newtype 模式能带来帮助的地方

/// 推力的单位。
pub struct PoundForceSeconds(pub f64);

/// 点燃推进器。返回产生的脉冲。
pub fn thruster_impulse(direction: Direction) -> PoundForceSeconds {
    // ...
    return PoundForceSeconds(42.0);
}
/// 推力的单位。
pub struct NewtonSeconds(pub f64);

/// 更新冲力轨迹模型。
pub fn update_trajectory(force: NewtonSeconds) {
    // ...
}

如名称所示，newtype 是一个新类型。因此，当型不匹配时，编译器会报错。在这里，我们尝试将 PoundForceSeconds 值传递给期望使用 NewtonSeconds 值的地方：

let thruster_force: PoundForceSeconds = thruster_impulse(direction);
let new_direction = update_trajectory(thruster_force);

let new_direction = update_trajectory(thruster_force);
error[E0308]: mismatched types
  --> src/main.rs:76:43
   |
76 |     let new_direction = update_trajectory(thruster_force);
   |                         ----------------- ^^^^^^^^^^^^^^ expected
   |                         |        `NewtonSeconds`, found `PoundForceSeconds`
   |                         |
   |                         arguments to this function are incorrect
   |
note: function defined here
  --> src/main.rs:66:8
   |
66 | pub fn update_trajectory(force: NewtonSeconds) {
   |        ^^^^^^^^^^^^^^^^^ --------------------
help: call `Into::into` on this expression to convert `PoundForceSeconds` into
      `NewtonSeconds`
   |
76 |     let new_direction = update_trajectory(thruster_...