Rust的ToOwned特征：泛型版的Clone

std::borrow::ToOwned是Rust标准库中的一个特征，用于从借用的数据中创建一个具有所有权的副本。它的作用和Clone是一样的，但是相比Clone，它支持泛型；也就是说我们可以将一个类型T“Clone”为另一个类型U。这对处理一些特殊的类型来说很有用。

ToOwned的签名

ToOwned提供了两个方法，其中一个是必须实现的：

pub trait ToOwned {
    type Owned: Borrow<Self>;

    // Required method
    fn to_owned(&self) -> Self::Owned;

    // Provided method
    fn clone_into(&self, target: &mut Self::Owned) { ... }
}

例子

说到例子，就不得不再次请出我文章里的常客——str和[T]。众所周知，因为str和[T]是切片类型，它们在编译时大小未知，因此Rust无法在栈上为它们分配空间；这就导致了我们几乎不会直接持有str和[T]变量：

fn main() {
    let foo: str;
    let bar: [i32];
}

这段代码会被编译器直接报错：

str和[T]是不能被持有了，但是Clone它们的需求是确实存在的；因此，Rust就提供了将这些切片类型“Clone”为栈上类型的方案：ToOwned。打开标准库文档和源码，我们可以看到str这样实现了ToOwned：

#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
impl ToOwned for str {
    type Owned = String;
    #[inline]
    fn to_owned(&self) -> String {
        unsafe { String::from_utf8_unchecked(self.as_bytes().to_owned()) }
    }

    fn clone_into(&self, target: &mut String) {
        let mut b = mem::take(target).into_bytes();
        self.as_bytes().clone_into(&mut b);
        *target = unsafe { String::from_utf8_unchecked(b) }
    }
}

也可以看到[T]这样实现了ToOwned：

#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
impl<T: Clone> ToOwned for [T] {
    type Owned = Vec<T>;
    #[cfg(not(test))]
    fn to_owned(&self) -> Vec<T> {
        self.to_vec()
    }

    #[cfg(test)]
    fn to_owned(&self) -> Vec<T> {
        hack::to_vec(self, Global)
    }

    fn clone_into(&self, target: &mut Vec<T>) {
        SpecCloneIntoVec::clone_into(self, target);
    }
}

于是，用户虽然不能直接Clonestr和[T]，但却可以把它们用ToOwned“Clone”为String和Vec<T>。

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小插曲：在日常开发中，我们经常使用的方法String::from(&str)，其实现正是依赖于str的to_owned特征：

#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
impl From<&str> for String {
    #[inline]
    fn from(s: &str) -> String {
        s.to_owned()
    }
}

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所有实现了Clone的类型T都会自动实现ToOwned<T>；这对Cow等依赖于ToOwned特征的类型来说很有用。

总结

对普通的开发者来说，对ToOwned有一些了解就已经完全足够了；而对API的设计者来说，巧用ToOwned可以让你的类型在一些特殊情况下更灵活、更高效。

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下篇文章介绍的是Rust中经常被人忽视的智能指针Cow，我之前在学习Rust时就注意到无论是the book，还是Rust圣经，都没有讲到Cow；希望我的工作能为Rust增加一点可供新人参考的资料。