滿足與 const 泛型表達式綁定的特征，有可能嗎？

Question

我正在嘗試利用當前不穩定的功能generic_const_exprs讓我的庫的用戶知道他們生成的類型的結果維度。

我的用例要復雜得多，但我創建了一個帶有可重現錯誤的最小示例。 主要思想是，給定一個Tensor<N>作為輸入，我想輸出一個Tensor<M> ，其中M是{N + 1} 。 Tensor<N>是一個特征，它同時為Constant<N>和Variable<M>實現。 這是代碼：

#![allow(incomplete_features)]
#![feature(generic_const_exprs)]

struct Variable<const N: usize>;
struct Constant<const N: usize>;

trait Tensor<const N: usize> {
    fn get_dim(&self) -> usize {
        N
    }
}
trait ConvertTo<Y> {
    fn convert(&self) -> Y;
}

impl<const N: usize> Tensor<N> for Variable<N> {}
impl<const N: usize> Tensor<N> for Constant<N> {}

impl<const N: usize, const M: usize> ConvertTo<Constant<M>> for Variable<N> {
    fn convert(&self) -> Constant<M> {
        Constant::<M>
    }
}

impl<const N: usize, const M: usize> ConvertTo<Variable<M>> for Constant<N> {
    fn convert(&self) -> Variable<M> {
        Variable::<M>
    }
}

fn convert_plus_one<const N: usize, X, Y>(x: X) -> Y
where
    X: Tensor<N> + ConvertTo<Y>,
    Y: Tensor<{ N + 1 }>,
{
    x.convert()
}

fn main() {
    let x = Constant::<3>;
    let y = convert_plus_one(x);
    // At this point the compiler should know that y is a Variable<N> with N = 4
    // and it implements Tensor<4>, because Tensor<N> is implemented for Variable<N>
    assert_eq!(y.get_dim(), 4);
}

這是編譯器錯誤：

   Compiling playground v0.0.1 (/playground)
error[E0277]: the trait bound `Variable<{_: usize}>: Tensor<{ N + 1 }>` is not satisfied
  --> src/main.rs:41:13
   |
41 |     let y = convert_plus_one(x);
   |             ^^^^^^^^^^^^^^^^ the trait `Tensor<{ N + 1 }>` is not implemented for `Variable<{_: usize}>`
   |
   = help: the trait `Tensor<N>` is implemented for `Variable<N>`
note: required by a bound in `convert_plus_one`
  --> src/main.rs:34:8
   |
31 | fn convert_plus_one<const N: usize, X, Y>(x: X) -> Y
   |    ---------------- required by a bound in this
...
34 |     Y: Tensor<{ N + 1 }>,
   |        ^^^^^^^^^^^^^^^^^ required by this bound in `convert_plus_one`

For more information about this error, try `rustc --explain E0277`.
error: could not compile `playground` due to previous error

我已經沒有關於如何解決這個問題的想法了。 我錯過了什么，還是在generic_const_exprs的當前狀態下這是不可能的？

鏈接到 Rust 游樂場

Answer 1

感謝@lcnr在rust-lang Zulip 聊天中的建議，我設法通過使用trait associated types使其工作。 這里的訣竅是能夠用一個表達式來表達我的界限。 ❤️

由此：

where
    X: Tensor<N> + ConvertTo<Y>,
    Y: Tensor<{ N + 1 }>,

對此：

where
    X: Tensor + ConvertTo<{<X as Tensor>::N + 1}>,

原始示例不起作用，因為 Rust 獨立評估每個 trait 綁定。 因此，一方面它試圖斷言Constant<3>: ConvertTo<?> ，另一方面是?: Tensor<4> 。 只有同時考慮它們才有意義。

特征上的關聯類型允許必要的語法在單個表達式中確實具有所有邊界，這是最終結果，它可以完美編譯：

#![allow(incomplete_features)]
#![feature(generic_const_exprs)]
#![feature(associated_type_bounds)]

struct Variable<const N: usize>;
struct Constant<const N: usize>;

trait Tensor {
    const N: usize;

    fn get_dim(&self) -> usize {
        Self::N
    }
}
trait ConvertTo<const N: usize> {
    type To;
    
    fn convert(&self) -> Self::To;
}

impl<const N: usize> Tensor for Variable<N> {
    const N: usize = N;
}
impl<const N: usize> Tensor for Constant<N> {
    const N: usize = N;
}

impl<const N: usize, const M: usize> ConvertTo<M> for Variable<N> {
    type To = Constant<M>;

    fn convert(&self) -> Self::To {
        Constant::<M>
    }
}

impl<const N: usize, const M: usize> ConvertTo<M> for Constant<N> {
    type To = Variable<M>;
    
    fn convert(&self) -> Self::To {
        Variable::<M>
    }
}

fn convert_plus_one<X>(x: X) -> <X as ConvertTo<{<X as Tensor>::N + 1}>>::To
where
    X: Tensor + ConvertTo<{<X as Tensor>::N + 1}>,
{
    x.convert()
}

fn main() {
    let x = Constant::<3>;
    let y = convert_plus_one(x);
    assert_eq!(y.get_dim(), 4);
}

現在我可以休息了。