如何创建具有计时时区的通用 Rust 结构？

Question

免责声明：我是 Rust 的新手（以前的经验是 Python、TypeScript 和 Go，按此顺序），我完全有可能遗漏了一些非常明显的东西。

我正在尝试构建一个 Rust 时钟接口。我的基本目标是我有一个报告实际时间的小时钟结构，以及一个将报告伪造版本以供测试的存根版本。请注意，这些是历史测试而不是单元测试：我的目标是重放历史数据。我想部分问题也可能是我对chrono的理解不够透彻。它显然是一个很棒的库，但我在 chrono 和 chrono_tz.

中遇到类型与实例关系的问题

无论如何，这就是我所拥有的：

use chrono::{DateTime, TimeZone, Utc};

/// A trait representing the internal clock for timekeeping requirements.
/// Note that for some testing environments, clocks may be stubs.
pub trait Clock<Tz: TimeZone> {
  fn now() -> DateTime<Tz>;
}

我的最终目标是让其他结构在特定时区具有 dyn Clock。该时钟可能是系统时钟（具有适当的时区转换）或者它可能是某种存根。

这是我对系统时钟 shim 的尝试，但一切都大错特错：

/// A clock that reliably reports system time in the requested time zone.
struct SystemClock<Tz: TimeZone> {
  time_zone: std::marker::PhantomData<*const Tz>,
}
impl<Tz: TimeZone> Clock<Tz> for SystemClock<Tz> {
  /// Return the current time.
  fn now() -> DateTime<Tz> {
    Utc::now().with_timezone(&Tz)
  }
}

关键问题是Utc::now().with_timezone(&Tz)。编译器需要 value，而不是 type。很公平，除了 chrono 和 chrono_tz 似乎没有时区值。我一直在寻找合适的东西放在这里，但似乎没有什么是正确的答案。

Answer 1

问题是时区 type 不足以实现指定的 now()。大多数时区都没有实现为单独的类型，Utc 实际上在这方面很特殊（Local 也是如此）。正常时区实现为更通用时区类型的值，例如 FixedOffset 或 chrono_tz::Tz。这些类型在运行时间存储时区偏移量，因此有效的 FixedOffsets 包括 FixedOffset::east(1) (CET)、FixedOffset::west(5) (EST)，甚至 FixedOffset::east(0) （格林威治标准时间、协调世界时）。这就是为什么 DateTime::with_timezone() 需要一个具体的时区值，而不仅仅是它的类型。

最简单的解决方法是修改 now() 以接受时区值：

pub trait Clock<Tz: TimeZone> {
    fn now(tz: Tz) -> DateTime<Tz>;
}

struct SystemClock<Tz: TimeZone> {
    time_zone: std::marker::PhantomData<*const Tz>,
}

impl<Tz: TimeZone> Clock<Tz> for SystemClock<Tz> {
    fn now(tz: Tz) -> DateTime<Tz> {
        Utc::now().with_timezone(&tz)
    }
}

用法如下：

fn main() {
    // now in Utc
    println!("{:?}", SystemClock::now(Utc));
    // now in GMT+1
    println!("{:?}", SystemClock::now(FixedOffset::east(1)));
    // now in Copenhagen time
    println!(
        "{:?}",
        SystemClock::now("Europe/Copenhagen".parse::<chrono_tz::Tz>().unwrap())
    );
}

请特别注意第二个和最后一个示例，其中时区是在运行时间选择的，并且显然没有被时区类型捕获。

如果您发现在 now() 等特征方法中指定时区值是多余的，您可以授予这些方法访问 self 的权限，并将时区值保存在 SystemClock（这也可以很好地消除 PhantomData）：

pub trait Clock<Tz: TimeZone> {
    fn now(&self) -> DateTime<Tz>;
}

struct SystemClock<Tz: TimeZone> {
    time_zone: Tz,
}

impl SystemClock<Utc> {
    fn new_utc() -> SystemClock<Utc> {
        SystemClock { time_zone: Utc }
    }
}

impl<Tz: TimeZone> SystemClock<Tz> {
    fn new_with_time_zone(tz: Tz) -> SystemClock<Tz> {
        SystemClock { time_zone: tz }
    }
}

impl<Tz: TimeZone> Clock<Tz> for SystemClock<Tz> {
    fn now(&self) -> DateTime<Tz> {
        Utc::now().with_timezone(&self.time_zone)
    }
}

fn main() {
    println!("{:?}", SystemClock::new_utc().now());
    println!("{:?}", SystemClock::new_with_time_zone(FixedOffset::east(1)).now());
    // ...
}

Playground

对于编译时已知偏移量的时区，如Utc和Local，时区字段将不占用space，而SystemClock 将是零大小的，就像在您的原始设计中一样。对于在运行时间选择偏移量的时区，SystemClock 将在结构中存储该信息。

最后，随着 const 泛型的出现，可以想象 FixedOffset 的一种变体，它在编译时将偏移量存储为 const 泛型。这些类型由 chrono-simpletz 箱子提供，您可以使用它来创建您最初想要的那种 Clock 特征。由于其类型在编译时完全指定，它们实现 Default，因此您可以使用 Tz::default() 轻松获取时区值。结果（遗憾的是再次需要 PhantomData）可能如下所示：

use std::marker::PhantomData;

use chrono::{DateTime, TimeZone, Utc};
use chrono_simpletz::{UtcZst, known_timezones::UtcP1};

type UtcP0 = UtcZst<0, 0>;  // chrono_simpletz doesn't provide this

pub trait Clock<Tz: TimeZone + Default> {
    fn now() -> DateTime<Tz>;
}

struct SystemClock<Tz: TimeZone> {
    time_zone: PhantomData<fn() -> Tz>,
}

impl<Tz: TimeZone + Default> Clock<Tz> for SystemClock<Tz> {
    fn now() -> DateTime<Tz> {
        Utc::now().with_timezone(&Tz::default())
    }
}

fn main() {
    println!("{:?}", SystemClock::<UtcP0>::now());
    println!("{:?}", SystemClock::<UtcP1>::now());
}

如果生产时选择哪个选项不是很明显，我推荐第二个，带 playground 的那个 link。

如何创建具有计时时区的通用 Rust 结构？

How do I create a generic Rust struct with a chrono time zone?

rust

rust-chrono