Rust中如何设计Trait使实现者支持Into<Self::Coord>类型索引？

在Rust 1.66.0中，定义了如下Trait Foo，用于描述容纳Elem类型元素、可通过Coord类型索引的容器：

pub trait Foo: Index<Self::Coord> {
    type Elem;
    type Coord;
}

现希望实现该Trait的类型支持所有可转换为Self::Coord（即实现Into<Self::Coord>）的类型进行索引，尝试修改Trait定义为：

pub trait Foo: Index<dyn Into<Self::Coord>> {
    type Elem;
    type Coord;
}

但编译器报错：

the trait Into cannot be made into an object
the trait cannot be made into an object because it requires Self: Sized
for a trait to be "object safe" it needs to allow building a vtable to allow the call to be resolvable dynamically; for more information visit ...

为什么原方案失败 #

Into trait带有Self: Sized的隐式约束（因它继承自From，而From的方法要求Self是Sized类型），而动态trait对象（dyn Into<...>）属于无大小类型（unsized），违反了该约束，因此无法作为Index的索引类型使用。

正确实现方式 #

方式1：提供自定义索引方法（推荐，无孤儿规则限制）

保持原Foo trait的基础定义，新增一个默认实现的泛型方法来处理可转换的索引类型：

use std::ops::Index;

pub trait Foo: Index<Self::Coord> {
    type Elem;
    type Coord;

    // 接受所有可转换为Coord的类型作为索引
    fn get(&self, idx: impl Into<Self::Coord>) -> &Self::Elem {
        &self[idx.into()]
    }
}

实现Foo的类型会自动拥有get方法，示例：

struct MyContainer {
    data: Vec<i32>,
}

impl Foo for MyContainer {
    type Elem = i32;
    type Coord = usize;
}

impl Index<usize> for MyContainer {
    type Output = i32;
    fn index(&self, idx: usize) -> &Self::Output {
        &self.data[idx]
    }
}

fn main() {
    let container = MyContainer { data: vec![1,2,3] };
    // 可以用u32（可转换为usize）作为索引
    println!("{}", container.get(2u32)); // 输出3
}

方式2：支持[]操作符（需处理孤儿规则）

如果想保留[]索引语法，需要为每个实现Foo的类型手动实现Index<Idx>，或用宏自动生成实现：

首先定义宏：

use std::ops::Index;

pub trait Foo: Index<Self::Coord> {
    type Elem;
    type Coord;
}

// 自动为实现Foo的类型生成Index<Idx>的实现
macro_rules! impl_index_for_into {
    ($container:ty, $coord:ty) => {
        impl<Idx: Into<$coord>> Index<Idx> for $container {
            type Output = <$container as Foo>::Elem;
            fn index(&self, idx: Idx) -> &Self::Output {
                &self[idx.into()]
            }
        }
    };
}

然后为你的容器类型调用宏：

struct MyContainer {
    data: Vec<i32>,
}

impl Foo for MyContainer {
    type Elem = i32;
    type Coord = usize;
}

// 实现基础的Index<usize>
impl Index<usize> for MyContainer {
    type Output = i32;
    fn index(&self, idx: usize) -> &Self::Output {
        &self.data[idx]
    }
}

// 调用宏生成所有Into<usize>类型的Index实现
impl_index_for_into!(MyContainer, usize);

fn main() {
    let container = MyContainer { data: vec![1,2,3] };
    // 直接用u32作为索引
    println!("{}", container[2u32]); // 输出3
}

注意：此方式受Rust孤儿规则限制，只能为你自己 crate 中定义的类型生成实现，无法为标准库或第三方 crate 的类型添加此实现。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Slartibartfast