Trait Default

Default trait 来自 std::default 模块，它的主要目的是为类型提供一个有用的默认值。它允许你使用 Default::default() 来获取类型的默认实例，通常用于初始化结构体、集合或泛型参数。与其他初始化方式不同，Default 强调一个“合理”的默认值，而非零初始化。

1. `Default` Trait 简介

1.1 定义和目的

Default trait 定义在 std::default::Default 中，自 Rust 1.0.0 起稳定可用。其语法如下：

#![allow(unused)]
fn main() {
pub trait Default: Sized {
    fn default() -> Self;
}
}

目的：为类型定义一个默认值工厂方法。它允许类型实现 default()，返回一个合理的初始实例。这在标准库中广泛用于如 Vec::new()（内部用 Default）或泛型中提供默认值。根据官方文档，Rust 为许多基本类型实现 Default，如数值（0）、布尔（false）、Option（None）、Vec（空向量）等。

Default 的设计目的是提供一个“零成本”默认初始化，尤其在泛型中：函数可以接受 T: Default 以使用 T::default() 而无需知道具体类型。它也支持派生（derive），使自定义类型轻松获得默认值。

为什么需要 Default？ 在 Rust 中，许多 API（如 HashMap::new()）使用 Default 来初始化。实现 Default 使你的类型与生态集成更好，支持泛型和便利初始化。例如，在构建器模式中，使用 Default 作为起始点。

1.2 与相关 Trait 的区别

Default 与其他 trait 相关，但专注于默认值：

与 Clone：
- Default 创建新实例（从无到有）；Clone 复制现有实例。
- Default 不需现有值；Clone 需要。
- 示例：let v: Vec<i32> = Default::default();（空）；let copy = v.clone();（复制）。
- 选择：用 Default 初始化；用 Clone 复制。
与 Copy：
- Default 是 trait 方法；Copy 是标记 trait，确保类型可按位复制。
- 许多 Copy 类型也实现 Default（如 primitives），但非必需。
- 区别：Copy 影响语义（move vs copy）；Default 仅提供值。
与 new() 构造函数：
- Default 是 trait，泛型友好；new() 是自定义方法。
- Default 支持派生；new() 手动实现。
- 最佳：为类型提供 new() 调用 Default::default()。

何时选择？ 用 Default 在泛型或需要默认初始化的场景；对于自定义初始化，用构造函数。

2. 自动派生 `Default`（Deriving Default）

Rust 允许使用 #[derive(Default)] 为结构体、枚举和联合体自动实现 Default，前提是所有字段/变体都实现了 Default。这是最简单的方式，尤其适用于简单类型。

2.1 基本示例：结构体

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

fn main() {
    let p: Point = Default::default();
    println!("{:?}", p);  // Point { x: 0, y: 0 }
}

字段使用各自默认值（i32: 0）。

2.2 枚举

#[derive(Default, Debug)]
enum Status {
    #[default]
    Idle,
    Active,
    Error,
}

fn main() {
    let s: Status = Default::default();
    println!("{:?}", s);  // Idle
}

使用 #[default] 指定默认变体（Rust 1.62+）。无 #[default] 时，第一个变体为默认。

2.3 泛型类型

#[derive(Default, Debug)]
struct Container<T: Default> {
    item: T,
}

fn main() {
    let c: Container<i32> = Default::default();
    println!("{:?}", c);  // Container { item: 0 }
}

约束 T: Default 以派生。

注意：派生要求所有字段实现 Default；否则编译错误。

3. 手动实现 `Default`

当需要自定义默认值时，必须手动实现 Default。

3.1 基本手动实现

use std::default::Default;

struct Config {
    port: u16,
    debug: bool,
}

impl Default for Config {
    fn default() -> Self {
        Config { port: 8080, debug: false }
    }
}

fn main() {
    let cfg = Config::default();
    assert_eq!(cfg.port, 8080);
}

自定义默认值。

3.2 部分默认（使用宏）

使用第三方 crate 如 smart_default 为复杂结构体提供部分默认。

#![allow(unused)]
fn main() {
use smart_default::SmartDefault;

#[derive(SmartDefault, Debug)]
struct Settings {
    #[default = 80]
    port: u16,
    #[default(_code = "String::from(\"prod\")")]
    env: String,
}
}

允许字段级自定义默认。

#![allow(unused)]
fn main() {
fn create<T: Default>() -> T {
    T::default()
}
}

支持泛型默认初始化。

5.2 第三方类型实现 `Default`

你可以为外部类型实现 Default，但需遵守孤儿规则（用新类型包装）。

5.3 与其他 Trait 结合

与 Builder：默认作为构建器起点。
与 serde：默认值在反序列化中使用。

6. 常见用例

初始化集合：let mut map: HashMap<K, V> = Default::default();。
泛型函数：提供默认参数。
配置结构体：默认设置。
测试：默认实例作为 baseline。
CLI 工具：默认选项。

7. 最佳实践

优先派生：为简单类型用 #[derive(Default)]。
自定义时合理：默认值应“安全”且有意义。
结合 new()：impl MyType { fn new() -> Self { Self::default() } }。
泛型边界：用 T: Default 简化 API。
文档：说明默认值语义。
使用宏：如 smart_default 处理复杂默认。

8. 常见陷阱和错误

无 Default 字段：派生失败；手动实现或添加约束。
Sized 要求：不能为 unsized 类型（如 [T]）实现。
默认不安全：如默认端口暴露风险；文档警告。
与 Clone 混淆：默认不是复制。
枚举无 #[default]：编译错误（新版）。

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