Skip to main content

A.36. Traits

Trait jika diartikan dalam bahasa Indonesia artinya adalah sifat. Chapter ini akan membahas tentang apa itu trait, apa kegunaannya, dan bagaimana cara penerapannya di Rust programming.

Pembahasan chapter ini cukup panjang. Makin mendekati akhir pembahasan, makin berat yang dibahas. Penulis anjurkan jika nantinya setelah section A.36.4. Trait sebagai tipe parameter dirasa cukup susah untuk dipahami, silakan lanjut ke chapter berikutnya dulu, dan nanti bisa kembali ke pembahasan chapter ini lagi.

Chapter ini butuh tambahan detail

A.36.1. Konsep traits

Di Rust kita bisa mendefinisikan trait/sifat, isinya adalah definisi header method yang bisa di-share ke banyak tipe data.

Trait isinya hanya definisi header method (bisa diartikan method tanpa isi). Ketika ada tipe data yang meng-implement suatu trait, maka tipe tersebut wajib untuk menuliskan implementasi method sesuai dengan header method yang ada di trait.

Ada dua bagian penting dalam trait yang harus diketahui:

  1. Deklarasi trait
  2. Implementasi trait ke tipe data

Perihal point pertama, intinya kita bisa menciptakan trait sesuai kebutuhan. Terlepas dari itu, Rust juga menyediakan cukup banyak traits yang di-implement ke banyak tipe data yang ada di Rust standard library. Beberapa di antaranya:

  • Trait std::fmt::Debug, digunakan agar data bisa di-print menggunakan formatted print {:?}.
  • Trait std::iter::Enumerate, digunakan agar data bisa di-iterasi menggunakan keyword for.
  • Trait std::ops::Add, di-implementasikan agar data bisa digunakan pada operasi aritmatik penambahan +.

Pada bahasa pemrograman lain, contohnya Java, konsep trait mirip dengan interface

Ok, biar lebih jelas, mari lanjut pembelajaran menggunakan contoh. Kita mulai dengan pembahasan tentang cara implementasi trait. Contoh yang digunakan adalah implementasi salah satu trait milik Rust standard library, yaitu trait std::fmt::Debug.

A.36.2. Implementasi trait

Kita pilih trait std::fmt::Debug milik Rust standard library untuk belajar cara implementasi trait pada tipe data.

Kegunaan dari trait ini adalah: jika di-implement ke tipe data tertentu maka data dengan tipe tersebut bisa di-print via macro println atau macro printing lainnya, dengan menggunakan formatted print {:?}.

Trait Debug ini diimplementasikan ke pada banyak tipe data yang di Rust standard library, baik itu tipe primitif maupun non-primitif. Contohnya bisa dilihat pada kode berikut:

let number = 12;
println!("{:?}", number);

let text = String::from("hello");
println!("{:?}", text);

Trait

Dua variabel di atas sukses di-print tanpa error, karena tipe data i32 dan String by default sudah implement trait std::fmt::Debug.

Jika tertarik untuk pengecekan lebih lanjut, silakan lihat di halaman dokumentasi tipe data i32 dan String.

Bagaimana dengan custom type yang kita buat sendiri? Misalnya struct.

fn main() {
let circle_one = Circle{raidus: 6};
println!("{:?}", circle_one);
}

struct Circle {
raidus: i32,
}

Trait

Hasilnya error, karena struct Circle yang dibuat tidak implement trait std::fmt::Debug.

Solusi agar tidak error adalah dengan mengimplementasikan trait std::fmt::Debug ke tipe Circle, dengan itu semua data bertipe Circle akan bisa di-print menggunakan formatted print {:?}.

Selain via implementasi trait, tipe data custom bisa di-print dengan cara menambahkan atribut #[derive(Debug)] pada definisi tipe data-nya. Namun kita tidak membahas itu pada chapter ini.

Langkah pertama untuk implementasi trait adalah mencari tau terlebih dahulu spesifikasi trait yang ingin diimplementasikan. Trait std::fmt::Debug adalah traits milik Rust standard library, maka harusnya spesifikasi bisa dilihat di dokumentasi Rust.

https://doc.rust-lang.org/std/fmt/trait.Debug.html

Pada URL dokumentasi bisa dilihat kalau trait Debug memiliki struktur kurang lebih seperti berikut:

pub trait Debug {
fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> Result<(), Error>;
}

Trait Debug mempunyai satu spesifikasi method, bernama fmt yang detail strukturnya bisa dilihat di atas.

Kita akan implement trait Debug ini ke tipe Circle, maka wajib hukumnya untuk menuliskan implementasi method sesuai dengan yang ada di trait Debug.

Di bawah ini adalah contoh cara implementasi trait.

struct Circle {
raidus: i32,
}

impl std::fmt::Debug for Circle {
fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
write!(f, "Circle radius: {}", self.raidus)
}
}

fn main() {
let circle_one = Circle{raidus: 6};
println!("{:?}", circle_one);
}

Ketika program di-run, hasilnya sukses tanpa error. Artinya implementasi trait Debug pada tipe data struct Circle adalah sukses.

Trait

Cara implementasi trait ke struct Circle memang step-nya agak panjang, tapi penulis yakin lama-kelamaan pasti terbiasa. Ok, sekarang kita bahas satu per satu kode di atas.

◉ Struct Circle

Block kode definisi struct Circle cukup straightforward, isinya hanya 1 property bernama radius bertipe i32.

◉ Block kode impl X for Y

Notasi penulisan implementasi trait adalah impl X for Y, dimana X adalah trait yang ingin diimplementasikan dan Y adalah tipe data tujuan implementasi.

Pada contoh di atas, trait Debug diimplementasikan ke custom type struct Circle. Maka statement-nya adalah:

impl std::fmt::Debug for Circle {
// ...
}

◉ Block kode method dalam impl

Block kode impl harus diikuti dengan implementasi method. Pada contoh ini, method fmt milik trait Debug wajib untuk diimplementasikan. Spesifikasi method ini adalah fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> Result<(), Error> (lebih jelasnya silakan lihat dokumentasi).

Silakan copy method tersebut kemudian paste ke dalam block kode impl yang sudah ditulis, kemudian tambahkan block kurung kurawal.

impl std::fmt::Debug for Circle {
fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
// ...
}
}

Kemudian tulis implementasi method fmt dalam block method. Tulis statement macro write untuk data string (yang ingin di-print) dengan tujuan adalah variabel f.

Di contoh, format Circle radius: {} digunakan. Dengan ini nantinya saat printing data, yang muncul adalah text Circle radius: {}.

impl std::fmt::Debug for Circle {
fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
write!(f, "Circle radius: {}", self.raidus)
}
}

Tips untuk pengguna visual studio code dengan rust-analyzer extension ter-install, setelah selesai menulis block kode impl, cukup jalankan ctrl+space atau cmd+space untuk men-trigger autocomplete suggestion. Kemudian klik opsi method yang ada disitu, maka kode implementasi method langsung muncul dengan sendirinya.

◉ Macro write

Macro ini digunakan untuk menuliskan sebuah data ke object tertentu. Pada contoh kita gunakan untuk menulis string Circle radius: {} ke variabel f yang bertipe std::fmt::Formatter<'_>.

Notasi penulisan macro write:

// notasi penulisan
write!(variabel_tujuan, data_yang_ingin_di_print, arg1, arg2, ...);

// contoh penerapan
write!(f, "Circle radius: {}", self.raidus);

◉ Print data menggunakan formatted print {:?}

Step terakhir adalah print variabel circle menggunakan macro println. Hasilnya sukses, tidak error seperti sebelumnya.

◉ Print data menggunakan formatted print {}

Coba tambahkan statement println, tetapi kali ini gunakan formatted print {}, apakah hasilnya juga tidak error?

Trait

Hasilnya error, karena trait std::fmt::Debug hanya berguna untuk formatted print {:?}. Agar data bertipe Circle bisa di-print menggunakan formatted print {} maka trait std::fmt::Display harus di-implementasikan juga.

Ubah kode dengan menambahkan implementasi trait Display. Hasilnya kurang lebih seperti ini:

struct Circle {
raidus: i32,
}

impl std::fmt::Debug for Circle {
fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
write!(f, "Circle radius: {}", self.raidus)
}
}

impl std::fmt::Display for Circle {
fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
write!(f, "Circle radius: {}", self.raidus)
}
}

A.36.3. Membuat custom trait

Pada section di atas kita telah membahas bagaimana cara implementasi traits ke tipe data. Pada bagian ini kita akan belajar tentang cara membuat definisi trait (membuat custom trait).

Masih sama dengan metode sebelumnya, pembelajaran dilakukan dengan praktik. Kita gunakan skenario praktik berikut pada program selanjutnya:

  1. Buat struct bernama Circle.
  2. Buat struct bernama Square.
  3. Buat trait bernama Area dengan isi satu buah method untuk menghitung luas bangun datar (calculate).
  4. Implementasikan trait Area ke dua struct tersebut.

Ok, mari mulai praktikkan skenario di atas. Pertama siapkan project dengan struktur berikut:

package source code structure
my_package
│─── Cargo.toml
└─── src
│─── calculation_spec.rs
│─── two_dimensional.rs
└─── main.rs

Module calculation_spec berisi definisi trait Area. Trait ini punya visibility akses publik, isinya hanya satu buah definisi method header bernama calculate. Trait ini nantinya diimplementasikan ke struct Circle dan juga Square, agar nantinya kedua struct tersebut memiliki method calculate yang berguna untuk kalkulasi luas bangun datar 2d.

src/calculation_spec.rs
pub trait Area {
fn calculate(&self) -> f64;
}

Kemudian siapkan file two_dimensional, isinya dua buah struct: Circle dan Square. Pada file yang sama, siapkan juga block kode implementasi trait Area. Dengan ini maka kedua struct tersebut wajib untuk memiliki method bernama calculate dengan isi adalah operasi perhitungan aritmatika untuk mencari luas bangun datar.

src/two_dimensional.rs
pub struct Circle {
pub radius: i32,
}

impl crate::calculation_spec::Area for Circle {
fn calculate(&self) -> f64 {
// PI * (r ^ 2)
// ada operasi casting ke tipe f64 karena self.radius bertipe i32
3.14 * (self.radius.pow(2) as f64)
}
}

pub struct Square {
pub length: i32,
}

impl crate::calculation_spec::Area for Square {
fn calculate(&self) -> f64 {
// (s ^ 2)
// ada operasi casting ke tipe f64 karena self.length bertipe i32
self.length.pow(2) as f64
}
}

Bisa dilihat pada kode di atas, deklarasi struct beserta property memiliki visibility publik. Idealnya, saat sturct tersebut digunakan di fungsi main nantinya tidak akan ada error terkait visibility akses.

Selanjutnya, pada file main.rs siapkan kode yang isinya registrasi module calculate_spec dan two_dimensional, juga definisi fungsi main dengan isi statement pembuatan 2 variabel object untuk masing-masing tipe data struct Circle dan Square.

src/main.rs
mod calculation_spec;
mod two_dimensional;

use crate::calculation_spec::Area;

fn main() {
let circle_one = two_dimensional::Circle{ radius: 10 };
println!("circle area: {}", circle_one.calculate());

let square_one = two_dimensional::Square{ length: 5 };
println!("square area: {}", square_one.calculate());
}

Method calculate milik object bertipe Circle dan Square diakses untuk kemudian di-print.

Coba jalankan program.

Trait

Hmm, error. Padahal trait Area sudah publik, dan struct Circle & Square beserta property-nya juga sudah publik. Tapi masih error.

Error ini disebabkan oleh trait Area yang belum di-import di crate root (main). Meskipun kita tidak mengakses trait tersebut secara langsung (melainkan via method calculate milik struct Circle dan Square), diharuskan untuk meng-import-nya juga.

Detail error beserta solusi dari error ini sebenarnya bisa dilihat di error message. Bagaimana Rust menginformasikan error sangat luar biasa informatif.

Ok, sekarang ubah isi file main.rs menjadi seperti ini, kemudian jalankan ulang program. Hasilnya tidak ada error.

src/main.rs
mod calculation_spec;
mod two_dimensional;

use crate::calculation_spec::Area; // <------- tambahkan statement import module

fn main() {
let circle_one = two_dimensional::Circle{ radius: 10 };
println!("circle area: {}", circle_one.calculate());

let square_one = two_dimensional::Square{ length: 5 };
println!("square area: {}", square_one.calculate());
}

O iya, ada beberapa hal baru pada penerapan kode di atas, berikut adalah pembahasannya:

◉ Method pow untuk operasi pangkat

Method pow adalah item milik tipe data numerik (i8, i16, i32, ...) yang fungsinya untuk operasi pangkat.

3.pow(2); // ===> 3 pangkat 2
8.pow(5); // ===> 8 pangkat 5

◉ Keyword as untuk casting tipe data

Keyword as digunakan untuk casting tipe data. Keyword ini bisa diterapkan pada beberapa jenis tipe data, salah satunya adalah semua tipe data numerik.

1024 as f32; // ===> 1024 dikonversi ke tipe f32, hasinya adalah 1024.0
3.14 as i32; // ===> 3.14 dikonversi ke tipe i32, hasinya 3 karena ada pembulatan

A.36.4. Trait sebagai tipe parameter

Trait bisa digunakan sebagai tipe data parameter sebuah fungsi, contoh notasi penulisannya bisa dilihat pada kode berikut:

fn calculate_and_print_result(name: String, item: &impl Area) {
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
}

Manfaat penerapan trait sebagai tipe data parameter fungsi adalah saat pemanggilan fungsi, parameter tersebut bisa diisi dengan argument data bertipe apapun dengan catatan tipe dari data tersebut mengimplementasikan trait yang sama dengan yang digunakan pada parameter.

Misalnya, pada fungsi calculate_and_print_result di atas yang parameter ke-2 bertipe &impl Area, nantinya saat fungsi tersebut dipanggil, kita bisa sisipi parameter ke-2 dengan object circle_one ataupun circle_two.

let circle_one = two_dimensional::Circle{ radius: 10 };
calculate_and_print_result("circle".to_string(), &circle_one);

let square_one = two_dimensional::Square{ length: 5 };
calculate_and_print_result("square".to_string(), &square_one);

&impl Area ini tipe data pointer ya, tipe non-pointer-nya adalah impl Area. Di sini digunakan tipe data pointer untuk antisipasi move semantics pada tipe data custom type (borrowing).

Dimisalkan, fungsi tersebut parameter item-nya bisa menampung beberapa jenis traits, kira-kira apakah bisa dibuat seperti itu? Misalnya ada trait lain bernama Circumference, dan parameter item milik fungsi calculate_and_print_result harus bisa menampung data baik dari tipe yang implement trait Area ataupun trait Circumference.

Hal seperti itu bisa, caranya dengan menggunakan notasi penulisan berikut:

fn calculate_and_print_result(name: String, item: &(impl Area + Circumference)) {
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
println!("{} circumference: {}", name, item.calculateCircumference());
}

Tambahkan tanda () sebelum impl NamaTrait, lalu ganti NamaTrait dengan traits apa saja yang diinginkan dengan separator tanda +.

A.36.5. Trait bound syntax

Penerapan trait sebagai parameter fungsi juga bisa dituliskan dalam notasi yang memanfaatkan generic. Teknik penulisan ini disebut dengan trait bound syntax.

Contohnya bisa dilihat pada kode berikut. Ada generic bernama T yang merepresentasikan trait Area, kemudian pada definisi parameter ke-2 fungsi (yaitu parameter item) tipenya menggunakan &T. Tipe &T di sini adalah ekuivalen dengan &impl Area.

fn calculate_and_print_result2<T: Area>(name: String, item: &T) {
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
}

Dimisalkan jika ada lebih dari satu trait yang digunakan sebagai tipe data paramater (misalnya trait Area dan Circumference), maka penulisannya seperti ini:

fn calculate_and_print_result2<T: Area + Circumference>(name: String, item: &T) {
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
println!("{} circumference: {}", name, item.calculateCircumference());
}

Satu tambahan contoh lagi untuk ilustrasi yang lebih kompleks:

fn some_function<T: Display + Clone, U: Clone + Debug>(t: &T, u: &U) -> i32 {
// ...
}

Pada contoh di atas fungsi some_function memiliki 2 generics param, yaitu T dan U.

  • T merepresentasikan trait Display dan Clone
  • U merepresentasikan trait Clone dan Debug

Lebih jelasnya mengenai generics dibahas pada chapter Generics

A.36.6. Trait where clause

Ada lagi alternatif penulisan trait bound syntax, yaitu menggunakan keyword where. Contoh pengaplikasiannya bisa dilihat pada kode berikut. Semua definisi fungsi di bawah ini adalah ekuivalen.

fn calculate_and_print_result(name: String, item: &(impl Area + Circumference)) {
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
println!("{} circumference: {}", name, item.calculateCircumference());
}

fn calculate_and_print_result2<T: Area + Circumference>(name: String, item: &T) {
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
println!("{} circumference: {}", name, item.calculateCircumference());
}

fn calculate_and_print_result3<T>(name: String, item: &T) where T: Area + Circumference {
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
}

fn calculate_and_print_result4<T>(name: String, item: &T)
where
T: Area + Circumference,
// ... other generic params if exists
{
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
}

Lebih jelasnya mengenai generics dibahas pada chapter Generics

A.36.7. Trait sebagai return type

Trait bisa juga digunakan sebagai tipe data return value. Caranya gunakan notasi penulisan impl NamaTrait sebagai tipe data.

Contohnya bisa dilihat pada kode berikut. Ada dua fungsi baru dideklarasikan:

  1. Fungsi new_circle dengan return type adalah impl Area, dan data yang dikembalikan adalah bertipe two_dimensional::Circle.
  2. Fungsi new_square dengan return type adalah impl Area, dan data yang dikembalikan adalah bertipe two_dimensional::Square.
fn main() {
let circle_one = new_circle(5);
calculate_and_print_result4("circle".to_string(), &circle_one);

let square_one = new_square(10);
calculate_and_print_result4("square".to_string(), &square_one);
}

fn new_circle(radius: i32) -> impl Area {
let data = two_dimensional::Circle{
radius
};
data
}

fn new_square(length: i32) -> impl Area {
two_dimensional::Square{
length
}
}

fn calculate_and_print_result4<T>(name: String, item: &T)
where
T: Area,
{
println!("{} area: {}", name, item.calculate());
}

Salah satu konsekuensi dalam penerapan trait sebagai return type adalah: tipe data milik nilai yang dikembalikan terdeteksi sebagai tipe trait. Contohnya variabel circle_one di atas, tipe data-nya bukan Circle, melainkan impl Area.

Tipe data aslinya tetap bisa diakses, tapi butuh tambahan effort. Lebih jelasnya dibahas pada chapter Trait → Conversion (From & Into).

A.36.8. Attribute derive

Ada cara lain untuk mengimplementasikan suatu trait ke dalam tipe data selain dengan menuliskan implementasinya secara eksplist, caranya menggunakan attribute derive.

Lebih detailnya dibahas pada chapter Attributes.


Catatan chapter 📑

◉ Source code praktik

github.com/novalagung/dasarpemrogramanrust-example/../traits

◉ Work in progress

  • Pembahasan tentang trait associated types
  • Pembahasan tentang trait bounds untuk implementasi method kondisional
  • Pembahasan tentang trait overloading

◉ Referensi