運算子重載

本集目標

學會幫自己的型別實作 +、- 等運算子。

概念說明

運算子就是 trait 方法

Rust 裡 a + b 其實是 a.add(b) 的簡寫——+ 對應 std::ops::Add trait。幫你的型別實作 Add，就能用 +。

Add trait 的定義

trait Add<Rhs = Self> {
    type Output;
    fn add(self, rhs: Rhs) -> Self::Output;
}

fn main() {}

三個重點：

• Rhs = Self：上一集學的預設參數，加法右邊預設和左邊同型別
• type Output：第 5 章學的 associated type，加法的結果不一定跟輸入同型別
• self 不是 &self：add 會消耗左邊的值（Copy 的型別不受影響）

幫 Point 實作 Add

use std::ops::Add;

#[derive(Debug)]
struct Point { x: i32, y: i32 }

impl Add for Point {
    type Output = Point;
    fn add(self, rhs: Point) -> Point {
        Point {
            x: self.x + rhs.x,
            y: self.y + rhs.y,
        }
    }
}

fn main() {}

常用運算子

std::ops 裡常用的 trait：

位元運算子（&、|、^、<<、>>、!）在系統程式設計中很常用——處理旗標、遮罩、位元欄位等等。如果你還不熟悉位元運算，建議自行查閱相關資料。

上面列的所有二元運算子都有對應的 assign 版本（例如 &= 對應 BitAndAssign、<<= 對應 ShlAssign），用法跟前面教過的 += 或 -= 類似。

AddAssign vs Add

a += b 和 a = a + b 在 Rust 裡的實作不一定一樣：

• Add::add(self, rhs) 消耗 a，產生新值
• AddAssign::add_assign(&mut self, rhs) 就地修改 a

對 i32 感覺差不多，但對非 Copy 型別（如 String），s1 += &s2 直接追加內容，s1 = s1 + &s2 先消耗 s1 再建新的。效率和語意不同，所以需要分開的 trait。

Add 和 AddAssign 是完全獨立的——實作了 Add 不代表 += 自動能用，反過來也是。沒實作就是編譯錯誤。

Index / IndexMut

Vec 能用 v[i] 就是因為它實作了 Index：

use std::ops::Index;

struct MyVec(Vec<i32>);

impl Index<usize> for MyVec {
    type Output = i32;
    fn index(&self, idx: usize) -> &i32 {
        &self.0[idx]
    }
}

fn main() {}

不同型別相加

覆蓋 Rhs 的預設值：

use std::ops::Add;

struct Meters(f64);
struct Centimeters(f64);

impl Add<Centimeters> for Meters {
    type Output = Meters;
    fn add(self, rhs: Centimeters) -> Meters {
        Meters(self.0 + rhs.0 / 100.0)
    }
}

fn main() {}

範例程式碼

use std::ops::{Add, Neg};

#[derive(Debug, Clone, Copy)]
struct Vec2 { x: f64, y: f64 }

impl Add for Vec2 {
    type Output = Vec2;
    fn add(self, rhs: Vec2) -> Vec2 {
        Vec2 { x: self.x + rhs.x, y: self.y + rhs.y }
    }
}

impl Neg for Vec2 {
    type Output = Vec2;
    fn neg(self) -> Vec2 {
        Vec2 { x: -self.x, y: -self.y }
    }
}

fn main() {
    let a = Vec2 { x: 1.0, y: 2.0 };
    let b = Vec2 { x: 3.0, y: 4.0 };
    let c = a + b;
    println!("a + b = {:?}", c);
    println!("-a = {:?}", -a);
}

重點整理

• a + b 是 Add::add(a, b) 的簡寫，其他運算子同理
• Add 的簽名用了預設參數（Rhs = Self）和 associated type（Output）
• AddAssign（+=）是就地修改（&mut self），Add（+）是產生新值（self）
• Index / IndexMut 讓你的型別能用 [] 運算子
• 覆蓋 Rhs 可以實現不同型別之間的運算