Rust 內建 trait ：PartialEq 和 Eq

debugzhang發表於2021-03-28
RustAI

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Eq and PartialEq are traits that allow you to define total and partial equality between values, respectively. Implementing them overloads the == and != operators.

PartialEq

/// [`eq`]: PartialEq::eq
/// [`ne`]: PartialEq::ne
#[lang = "eq"]
#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
#[doc(alias = "==")]
#[doc(alias = "!=")]
#[rustc_on_unimplemented(
    message = "can't compare `{Self}` with `{Rhs}`",
    label = "no implementation for `{Self} == {Rhs}`"
)]
pub trait PartialEq<Rhs: ?Sized = Self> {
    /// This method tests for `self` and `other` values to be equal, and is used
    /// by `==`.
    #[must_use]
    #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
    fn eq(&self, other: &Rhs) -> bool;

    /// This method tests for `!=`.
    #[inline]
    #[must_use]
    #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
    fn ne(&self, other: &Rhs) -> bool {
        !self.eq(other)
    }
}

如果我們想比較某個型別的兩個值 x 和 y 是否相等（不等），例如：x == y (x != y)，那麼我們就必須為型別實現 PartialEq Trait。

PartialEq 可使用 #[derive] 來交由編譯器實現，當一個 struct 在進行相等比較時，會對其中每一個欄位進行比較；如果遇到列舉時，還會對列舉所擁有的資料進行比較。

我們也可以自己實現 PartialEq，實現時只需要實現判斷是否相等的函式 fn eq(&self, other: &Self) -> bool ，Rust 會自動提供 fn ne(&self, other: &Self) -> bool。例子如下：

enum BookFormat {
    Paperback,
    Hardback,
    Ebook,
}

struct Book {
    isbn: i32,
    format: BookFormat,
}

impl PartialEq for Book {
    fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
        self.isbn == other.isbn
    }
}

Eq

pub trait Eq: PartialEq<Self> {
    // this method is used solely by #[deriving] to assert
    // that every component of a type implements #[deriving]
    // itself, the current deriving infrastructure means doing this
    // assertion without using a method on this trait is nearly
    // impossible.
    //
    // This should never be implemented by hand.
    #[doc(hidden)]
    #[inline]
    #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
    fn assert_receiver_is_total_eq(&self) {}
}

實現 Eq 的前提是已經實現了 PartialEq，因為實現 Eq 不需要額外的程式碼，只需要在實現了PartialEq 的基礎上告訴編譯器它的比較滿足自反性就可以了。對於上面的例子只需要：#[derive(Eq)] 或 impl Eq for Book {}。

enum BookFormat {
    Paperback,
    Hardback,
    Ebook,
}

struct Book {
    isbn: i32,
    format: BookFormat,
}

impl PartialEq for Book {
    fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
        self.isbn == other.isbn
    }
}

impl Eq for Book {}

PartialEq 和 Eq

這兩個 Traits 的名稱實際上來自於抽象代數中的等價關係和區域性等價關係。

等價關係（equivalence relation）即設 \(\displaystyle R\) 是某個集合 \(\displaystyle A\) 上的一個二元關係。若 \(\displaystyle R\) 滿足以下條件：

  1. 自反性：\(\displaystyle \forall x\in A,~~xRx\)
  2. 對稱性：\(\displaystyle \forall x,y\in A,~~xRy~~\implies ~~yRx\)
  3. 傳遞性：\(\displaystyle \forall x,y,z\in A,~~~(xRy~~\wedge ~~yRz)~~\implies ~~xRz\)

則稱 \(\displaystyle R\) 是一個定義在 \(\displaystyle A\) 上的等價關係。

並非所有的二元關係都是等價關係， Eq 和 PartialEq 的區別在於是否在相等比較中是否滿足自反性，即 x == x。

例如對於浮點型別，Rust 只實現了 PartialEq 而沒有實現 Eq，原因在於 NaN != Nan，不滿足自反性。

Eq 相比 PartialEq 需要額外滿足自反性，即 a == a，對於浮點型別，Rust 只實現了 PartialEq 而不是 Eq，原因就是 NaN != NaN。

Eq 和 Hash

當一個型別同時實現了 Eq 和 Hash 時，該型別滿足下列特性：

k1 == k2 -> hash(k1) == hash(k2)

即，當兩個 key 相等時，它們的雜湊值必然相等。Rust 裡的 HashMap 和 HashSet 都依賴該特性。

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