高级函数与闭包

简介

欢迎来到「高级函数与闭包」实验。本实验是 Rust 程序设计语言 的一部分。你可以在 LabEx 中练习 Rust 技能。

在本实验中，我们将探索函数和闭包的高级特性，包括函数指针和返回闭包。

Skills Graph

高级函数与闭包

本节将探索一些与函数和闭包相关的高级特性，包括函数指针和返回闭包。

函数指针

我们已经讨论过如何将闭包传递给函数；你也可以将普通函数传递给函数！当你想要传递一个已经定义好的函数，而不是定义一个新的闭包时，这种技术很有用。函数会被强制转换为 fn 类型（小写的 f），不要与 Fn 闭包 trait 混淆。fn 类型被称为函数指针。使用函数指针传递函数将允许你把函数用作其他函数的参数。

指定一个参数为函数指针的语法与闭包的语法类似，如清单 19-27 所示，我们定义了一个函数 add_one，它将其参数加 1。函数 do_twice 有两个参数：一个指向任何接受 i32 参数并返回 i32 的函数的函数指针，以及一个 i32 值。do_twice 函数调用函数 f 两次，将 arg 值传递给它，然后将两个函数调用结果相加。main 函数使用参数 add_one 和 5 调用 do_twice。

文件名：src/main.rs

fn add_one(x: i32) -> i32 {
    x + 1
}

fn do_twice(f: fn(i32) -> i32, arg: i32) -> i32 {
    f(arg) + f(arg)
}

fn main() {
    let answer = do_twice(add_one, 5);

    println!("The answer is: {answer}");
}

清单 19-27：使用 fn 类型接受函数指针作为参数

这段代码打印出 The answer is: 12。我们指定 do_twice 中的参数 f 是一个 fn，它接受一个 i32 类型的参数并返回一个 i32。然后我们可以在 do_twice 的主体中调用 f。在 main 中，我们可以将函数名 add_one 作为第一个参数传递给 do_twice。

与闭包不同，fn 是一种类型而不是 trait，所以我们直接将 fn 指定为参数类型，而不是使用 Fn trait 之一作为 trait 约束来声明一个泛型类型参数。

函数指针实现了所有三个闭包 trait（Fn、FnMut 和 FnOnce），这意味着你总是可以将函数指针作为参数传递给期望闭包的函数。最好使用泛型类型和闭包 trait 之一来编写函数，这样你的函数就可以接受函数或闭包。

也就是说，你只想接受 fn 而不接受闭包的一个例子是，当与没有闭包的外部代码交互时：C 函数可以接受函数作为参数，但 C 没有闭包。

作为一个可以使用内联定义的闭包或命名函数的例子，让我们看看标准库中 Iterator trait 提供的 map 方法的用法。要使用 map 函数将一个数字向量转换为一个字符串向量，我们可以使用一个闭包，如下所示：

let list_of_numbers = vec![1, 2, 3];
let list_of_strings: Vec<String> = list_of_numbers
 .iter()
 .map(|i| i.to_string())
 .collect();

或者我们可以将一个命名函数作为 map 的参数，而不是闭包，如下所示：

let list_of_numbers = vec![1, 2, 3];
let list_of_strings: Vec<String> = list_of_numbers
 .iter()
 .map(ToString::to_string)
 .collect();

请注意，我们必须使用在“高级 trait”中讨论过的完全限定语法，因为有多个名为 to_string 的函数可用。

在这里，我们使用 ToString trait 中定义的 to_string 函数，标准库已经为任何实现 Display 的类型实现了该 trait。

从“枚举值”中回忆起，我们定义的每个枚举变体的名称也会成为一个初始化函数。我们可以将这些初始化函数用作实现闭包 trait 的函数指针，这意味着我们可以将初始化函数指定为接受闭包的方法的参数，如下所示：

enum Status {
    Value(u32),
    Stop,
}

let list_of_statuses: Vec<Status> = (0u32..20)
 .map(Status::Value)
 .collect();

在这里，我们通过使用 Status::Value 的初始化函数，为 map 调用的范围内的每个 u32 值创建 Status::Value 实例。有些人喜欢这种风格，有些人喜欢使用闭包。它们编译成相同的代码，所以使用对你来说更清晰的任何一种风格。

返回闭包

闭包由 trait 表示，这意味着你不能直接返回闭包。在大多数你可能想要返回 trait 的情况下，你可以改为使用实现该 trait 的具体类型作为函数的返回值。然而，对于闭包你不能这样做，因为它们没有可返回的具体类型；例如，你不被允许使用函数指针 fn 作为返回类型。

以下代码尝试直接返回一个闭包，但它无法编译：

fn returns_closure() -> dyn Fn(i32) -> i32 {
    |x| x + 1
}

编译器错误如下：

error[E0746]: return type cannot have an unboxed trait object
 --> src/lib.rs:1:25
  |
1 | fn returns_closure() -> dyn Fn(i32) -> i32 {
  |                         ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ doesn't have a size known at
compile-time
  |
  = note: for information on `impl Trait`, see
<https://doc.rust-lang.org/book/ch10-02-traits.html#returning-types-that-
implement-traits>
help: use `impl Fn(i32) -> i32` as the return type, as all return paths are of
type `[closure@src/lib.rs:2:5: 2:14]`, which implements `Fn(i32) -> i32`
  |
1 | fn returns_closure() -> impl Fn(i32) -> i32 {
  |                         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

错误再次引用了 Sized trait！Rust 不知道需要多少空间来存储闭包。我们之前见过这个问题的解决方案。我们可以使用 trait 对象：

fn returns_closure() -> Box<dyn Fn(i32) -> i32> {
    Box::new(|x| x + 1)
}

这段代码将顺利编译。有关 trait 对象的更多信息，请参考“使用允许不同类型值的 trait 对象”。

接下来，让我们看看宏！

总结

恭喜你！你已经完成了「高级函数与闭包」实验。你可以在 LabEx 中练习更多实验来提升你的技能。