Trait Sized

Sized trait 来自 std::marker 模块，它是一个标记 trait（marker trait），表示类型的尺寸在编译时已知。它允许编译器在泛型和 trait 对象中处理大小未知的类型（如切片或 trait 对象），并通过边界约束要求类型必须有固定大小。与 ?Sized 不同，Sized 是默认的，而 ?Sized 放松了大小要求，常用于 trait 对象或切片。

1. `Sized` Trait 简介

1.1 定义和目的

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

#![allow(unused)]
fn main() {
pub trait Sized { }
}

关键点：
- 无方法：作为标记 trait，仅标记类型在编译时有固定大小（known size at compile time）。
- 自动实现：编译器为所有固定大小的类型自动实现 Sized，如原始类型、固定大小数组、没有 unsized 字段的结构体。
- 目的：Sized 确保类型可以用于需要知道大小的操作，如栈分配、泛型 monomorphization 或作为 trait 对象时的 boxed。根据官方文档，Sized 是泛型默认边界：fn foo<T>(t: T) 隐含 T: Sized，因为函数参数需固定大小。它促进编译时优化，提供对 unsized 类型的支持，通过 ?Sized 边界处理动态大小类型（如 [T]、str、dyn Trait）。

Sized 的设计目的是区分 sized 和 unsized 类型：在 Rust 中，大多数类型是 sized 的，但如切片（[T]）是 unsized（fat pointer）。Sized 允许编译器静态分配内存，并防止 unsized 类型用于不兼容上下文。

为什么需要 Sized？ Rust 强调编译时安全和零开销抽象。Sized 允许泛型代码处理大小未知类型（如 trait 对象），并通过边界约束避免运行时错误。例如，在 trait 中，使用 Self: ?Sized 以支持 trait 对象。

1.2 与相关 Trait 的区别

Sized 与几个 marker trait 相关，但专注于编译时大小：

与 Unpin：
- Sized：类型大小已知；Unpin：类型可以安全移动，即使 pinned。
- Unpin 与 Pinning 相关（futures）；Sized 与分配相关。
- 示例：大多数 sized 类型自动 Unpin；unsized 类型如 dyn Future 需 Pin。
- 区别：Sized 是默认；Unpin 是 opt-out。
与 Send 和 Sync：
- Sized 与大小相关；Send/Sync 与线程安全相关。
- Unsized 类型如 dyn Trait + Send 可以是 trait 对象。
- 示例：Box<dyn Send> 是 sized，但内部 unsized。
- 结合：泛型边界如 T: ?Sized + Send 支持 unsized 发送。
与 Clone：
- Sized 是 marker；Clone 是行为 trait。
- Clone 继承 Sized（因为克隆需大小已知）。
- 示例：unsized 类型如 [T] 不能 Clone，因为无大小。

何时选择？ 用 Sized 边界要求固定大小（如栈分配）；用 ?Sized 放松以支持 unsized 类型（如 trait 对象）。最佳实践：默认使用 Sized，仅在需要 unsized 时用 ?Sized。

2. 自动实现 `Sized`（Auto-Implemented）

Rust 编译器自动为符合条件的类型实现 Sized：如果类型及其所有字段有固定大小，则自动 Sized。无需手动实现或派生。

2.1 基本示例：Sized 类型

struct Point {
    x: i32,  // fixed size
    y: i32,
}

fn take_sized<T: Sized>(t: T) {
    // T 必须 sized
}

fn main() {
    let p = Point { x: 1, y: 2 };
    take_sized(p);  // OK, Point: Sized
}

i32 是 sized，结构体继承。

2.2 Unsized 类型示例

fn take_unsized<T: ?Sized>(t: &T) {
    // &T 是 sized (thin pointer)，但 T 可 unsized
}

fn main() {
    let slice: &[i32] = &[1, 2, 3];  // [i32] unsized
    take_unsized(slice);  // OK with ?Sized
    // take_sized(slice);  // 错误：[i32] 非 Sized
}

Unsized 类型需引用或 Box。

2.3 泛型边界

fn process<T: ?Sized + std::fmt::Debug>(t: &T) {
    println!("{:?}", t);
}

fn main() {
    let s: &str = "hello";  // str unsized
    process(s);  // OK
}

?Sized 允许 unsized 参数（通过引用）。

trait MyTrait {}

fn use_trait_object(t: &dyn MyTrait) {
    // dyn MyTrait unsized
}

impl MyTrait for i32 {}

fn main() {
    let i: i32 = 42;
    use_trait_object(&i as &dyn MyTrait);  // OK
}

Trait 方法需 Self: ?Sized 以支持对象。

4.2 与 Box 和 Pointers

Box<T> 是 sized，即使 T unsized：

#![allow(unused)]
fn main() {
let boxed: Box<[i32]> = Box::new([1, 2, 3]);  // [i32] unsized，但 Box sized
}

Fat pointer 存储大小/元数据。

4.3 自定义 Unsized 类型

使用 struct with unsized field：

struct MyUnsized {
    data: [i32],  // last field unsized
}

fn main() {
    let m: &MyUnsized = &MyUnsized { data: [1, 2, 3] };
    // 直接 MyUnsized 不能实例化，因为 unsized
}

最后字段 unsized，使结构体 unsized。

5. 常见用例

泛型函数：默认 Sized 以栈分配。
Trait 对象：用 ?Sized 支持 dyn Trait。
切片处理：&[T] 函数用 ?Sized。
性能优化：Sized 类型高效分配。
库设计：放松边界以支持 unsized。

6. 最佳实践

默认 Sized：泛型保持默认以优化。
用 ?Sized：仅在需要 unsized 时。
引用包装：unsized 类型用 & 或 Box。
文档：说明边界原因。
测试：编译检查 unsized 用法。
避免手动：依赖自动实现。

7. 常见陷阱和错误

Unsized 参数：直接 T: unsized 错误；用 &T 或 Box。
Trait 默认 Sized：trait 方法 Self Sized；加 ?Sized 放松。
泛型意外 Sized：隐含边界导致错误；显式 ?Sized。
Copy/Clone 要求 Sized：unsized 不能 Copy/Clone。
性能：unsized 需 heap 分配。

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