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引言​

在 2023 年 12 月，一件小奇迹发生了：Traits 中的 async fn 正式发布。

自 Rust 1.39 版本起，我们已经拥有了独立的异步函数：

pub async fn read_hosts() -> eyre::Result<Vec<u8>> {
    // 等等
}

以及在 impl 块中的异步函数：

impl HostReader {
    pub async fn read_hosts(&self) -> eyre::Result<Vec<u8>> {
        // 等等
    }
}

但我们仍然无法在 Traits 中使用异步函数：

use std::io;

trait AsyncRead {
    async fn read(&mut self, buf: &mut [u8]) -> io::Result<usize>;
}

当尝试编译时，会出现如下错误：

❯ cargo +1.74.0 check --quiet
error[E0706]: functions in traits cannot be declared `async`
 --> src/main.rs:9:5
  |
9 |     async fn read(&mut self, buf: &mut [u8]) -> io::Result<usize>;
  |     -----^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  |     |
  |     `async` because of this
  |
  = note: `async` trait functions are not currently supported
  = note: consider using the `async-trait` crate: https://crates.io/crates/async-trait
  = note: see issue #91611 <https://github.com/rust-lang/rust/issues/91611> for more information

For more information about this error, try `rustc --explain E0706`.
error: could not compile `sansioex` (bin "sansioex") due to previous error

Cool Bear 的热贴士​

cargo +channel 语法有效​

cargo +channel 语法有效，因为这里的 cargo 是由 rustup 提供的一个 shim。

有效的 channel 名称看起来像 x.y.z、stable、beta、nightly 等——与 rust-toolchain.toml 文件或任何其他 toolchain override 中遇到的名称相同。

使用 async-trait crate​

长期以来，推荐使用 async-trait crate 来在 Traits 中使用异步函数：

use std::io;

#[async_trait::async_trait]
trait AsyncRead {
    async fn read(&mut self, buf: &mut [u8]) -> io::Result<usize>;
}

这种方法有效，但它改变了 Trait 定义（以及任何实现），使其返回已固定、盒装的 futures。

盒装 futures？​

是的！这些是分配在堆上的 futures。

为什么？​

因为 futures——异步函数返回的值——可能具有不同的大小！

局部变量的大小​

下面这个函数返回的 future 大小：

async fn foo() {
    tokio::time::sleep(std::time::Duration::from_secs(1)).await;
    println!("done");
}

与这个函数相比：

async fn bar() {
    let mut a = [0u8; 72];
    tokio::time::sleep(std::time::Duration::from_secs(1)).await;
    for _ in 0..10 {
        a[0] += 1;
    }
    println!("done");
}

bar 函数的 future 大小更大，因为它包含了更多的状态需要跟踪：

❯ cargo run --quiet
foo: 128
bar: 200

因为 bar 函数中的数组在异步睡眠期间没有被释放——所有内容都存储在 future 中。

这就是一个问题，因为通常，当我们调用一个函数时，我们希望知道应该为返回值保留多少空间：我们说返回值是“有尺寸的”。

而在这里，“我们”实际上指的是编译器——为局部变量在栈上保留空间是函数被调用时的第一步之一。

在反汇编中可以看到：

❯ cargo asm sansioex::main --quiet --simplify --color | head -5

sansioex::main:
Lfunc_begin45:
        sub sp, sp, #256
        stp x20, x19, [sp, #224]
        stp x29, x30, [sp, #240]

这里的 sub 指令总共保留了 256 字节。

Cool Bear 的热贴士​

cargo asm 子命令​

这里展示的 cargo asm 子命令来自 cargo-show-asm，可以通过以下命令安装：

cargo install --locked --all-features cargo-show-asm

原始的 cargo-asm crate 仍然有效，但功能较少，自 2018 年以来没有更新。

总结​

在 Rust 中，Traits 中的异步函数的引入是一个重要的进展，但也带来了新的挑战， 如 async-trait crate 带来的 boxed futures 问题。 这一变化背后的原因主要是由于异步函数返回的 futures 大小不固定，编译器需要在编译时为函数返回值保留固定大小的空间。

通过理解这些技术细节，Rust 开发者可以更好地利用 Rust 的异步编程特性，同时避免潜在的性能问题和复杂性。

参考​

• Catching up with async Rust