如何在Rust中克隆Vec<Box<dyn Trait>>并实现排序打印功能

现有可运行代码的原理 #

你当前能正常运行的代码本质上没有拷贝原Vec里的Box<dyn Foo>实例，只是拷贝了元素的不可变引用：

• 输入参数v是&Vec<Box<dyn Foo>>类型，遍历v时拿到的每个val是&Box<dyn Foo>类型（原Vec中元素的借用）
• 编译器自动推导v_copy的类型是Vec<&Box<dyn Foo>>，只存储引用，不需要获取元素所有权，也不需要对Box或者内部的Bar实例做深拷贝
• 排序只需要调用value()方法（只需要不可变借用），打印也同理，所以整个流程可以正常运行

疑问1解答 #

报错原因 #

你手动标注v_copy类型为Vec<Box<dyn Foo>>后，要求容器存储Box<dyn Foo>的所有权实例，但你循环中push的是&Box<dyn Foo>类型的借用，类型完全不匹配，因此会报错。

和原版本的核心差异 #

修复方案 #

如果你确实需要克隆Box<dyn Foo>实例存储，需要先给trait Foo添加动态克隆支持，解决trait对象的克隆安全性问题：

1. 首先修改Foo trait定义，添加动态克隆方法，同时为Box<dyn Foo>实现Clone trait：

trait Foo {
    fn value(&self) -> i32;
    // 新增动态克隆方法
    fn clone_dyn(&self) -> Box<dyn Foo>;
}

// 为Box<dyn Foo>实现Clone，依赖上面的clone_dyn方法
impl Clone for Box<dyn Foo> {
    fn clone(&self) -> Self {
        self.clone_dyn()
    }
}

2. 给Bar结构体添加Clone派生，同时实现clone_dyn方法：

#[derive(Clone)]
struct Bar {
    x: i32,
}

impl Foo for Bar {
    fn value(&self) -> i32 {
        self.x
    }
    fn clone_dyn(&self) -> Box<dyn Foo> {
        Box::new(self.clone())
    }
}

3. 修改sort_and_print中的push逻辑，克隆元素所有权：

fn sort_and_print(v: &Vec<Box<dyn Foo>>) {
    let mut v_copy: Vec<Box<dyn Foo>> = Vec::new();
    for val in v {
        // 克隆Box<dyn Foo>获得所有权，存入新Vec
        v_copy.push(val.clone());
    }
    v_copy.sort_by_key(|o| o.value());
    for val in v_copy {
        println!("{}", val.value());
    }
}

如果你不需要实际拿到Box的所有权，只是要排序打印，完全没必要用这个方案，直接用存储引用的版本性能更高。

疑问2解答 #

无法直接v.clone()的原因 #

v是&Vec<Box<dyn Foo>>类型，调用clone()需要底层Vec<Box<dyn Foo>>实现Clone trait，而Vec实现Clone的前提是元素类型实现了Clone，也就是Box<dyn Foo>实现Clone。默认情况下dyn Foo没有克隆能力，所以无法直接调用。

修复方案 #

只要完成上面疑问1里的trait克隆适配，让Box<dyn Foo>实现了Clone，就可以直接用clone简化代码，不需要手动循环push：

fn sort_and_print(v: &Vec<Box<dyn Foo>>) {
    // 直接克隆整个Vec，得到所有权独立的新Vec
    let mut v_copy = v.clone();
    v_copy.sort_by_key(|o| o.value());
    for val in v_copy {
        println!("{}", val.value());
    }
}

如果不需要持有元素所有权，还有更轻量的简化写法，直接收集引用即可，不需要修改trait定义：

fn sort_and_print(v: &Vec<Box<dyn Foo>>) {
    // 直接收集原Vec的所有元素引用，和你原手写循环功能完全一致
    let mut v_copy: Vec<_> = v.iter().collect();
    v_copy.sort_by_key(|o| o.value());
    for val in v_copy {
        println!("{}", val.value());
    }
}

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