Rust 高級(jí)函數(shù)與閉包

ch19-05-advanced-functions-and-closures.md
commit 9e30688e0ac4a1ad86fc60aa380bebfb1c34b8a7

接下來(lái)我們將探索一些有關(guān)函數(shù)和閉包的高級(jí)功能：函數(shù)指針以及返回值閉包。

函數(shù)指針

我們討論過(guò)了如何向函數(shù)傳遞閉包；也可以向函數(shù)傳遞常規(guī)函數(shù)！這在我們希望傳遞已經(jīng)定義的函數(shù)而不是重新定義閉包作為參數(shù)時(shí)很有用。通過(guò)函數(shù)指針允許我們使用函數(shù)作為另一個(gè)函數(shù)的參數(shù)。函數(shù)的類(lèi)型是 fn （使用小寫(xiě)的 “f” ）以免與 Fn 閉包 trait 相混淆。fn 被稱(chēng)為 函數(shù)指針（function pointer）。指定參數(shù)為函數(shù)指針的語(yǔ)法類(lèi)似于閉包，如示例 19-27 所示：

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);
}

示例 19-27: 使用 fn 類(lèi)型接受函數(shù)指針作為參數(shù)

這會(huì)打印出 The answer is: 12。do_twice 中的 f 被指定為一個(gè)接受一個(gè) i32 參數(shù)并返回 i32 的 fn。接著就可以在 do_twice 函數(shù)體中調(diào)用 f。在 main 中，可以將函數(shù)名 add_one 作為第一個(gè)參數(shù)傳遞給 do_twice。

不同于閉包，fn 是一個(gè)類(lèi)型而不是一個(gè) trait，所以直接指定 fn 作為參數(shù)而不是聲明一個(gè)帶有 Fn 作為 trait bound 的泛型參數(shù)。

函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)了所有三個(gè)閉包 trait（Fn、FnMut 和 FnOnce），所以總是可以在調(diào)用期望閉包的函數(shù)時(shí)傳遞函數(shù)指針作為參數(shù)。傾向于編寫(xiě)使用泛型和閉包 trait 的函數(shù)，這樣它就能接受函數(shù)或閉包作為參數(shù)。

一個(gè)只期望接受 fn 而不接受閉包的情況的例子是與不存在閉包的外部代碼交互時(shí)：C 語(yǔ)言的函數(shù)可以接受函數(shù)作為參數(shù)，但 C 語(yǔ)言沒(méi)有閉包。

作為一個(gè)既可以使用內(nèi)聯(lián)定義的閉包又可以使用命名函數(shù)的例子，讓我們看看一個(gè) map 的應(yīng)用。使用 map 函數(shù)將一個(gè)數(shù)字 vector 轉(zhuǎn)換為一個(gè)字符串 vector，就可以使用閉包，比如這樣：

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

或者可以將函數(shù)作為 map 的參數(shù)來(lái)代替閉包，像是這樣：

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

注意這里必須使用 “高級(jí) trait” 部分講到的完全限定語(yǔ)法，因?yàn)榇嬖诙鄠€(gè)叫做 to_string 的函數(shù)；這里使用了定義于 ToString trait 的 to_string 函數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)為所有實(shí)現(xiàn)了 Display 的類(lèi)型實(shí)現(xiàn)了這個(gè) trait。

另一個(gè)實(shí)用的模式暴露了元組結(jié)構(gòu)體和元組結(jié)構(gòu)體枚舉成員的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。這些項(xiàng)使用 () 作為初始化語(yǔ)法，這看起來(lái)就像函數(shù)調(diào)用，同時(shí)它們確實(shí)被實(shí)現(xiàn)為返回由參數(shù)構(gòu)造的實(shí)例的函數(shù)。它們也被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了閉包 trait 的函數(shù)指針，并可以采用類(lèi)似如下的方式調(diào)用：

    enum Status {
        Value(u32),
        Stop,
    }

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

這里創(chuàng)建了 Status::Value 實(shí)例，它通過(guò) map 用范圍的每一個(gè) u32 值調(diào)用 Status::Value 的初始化函數(shù)。一些人傾向于函數(shù)風(fēng)格，一些人喜歡閉包。這兩種形式最終都會(huì)產(chǎn)生同樣的代碼，所以請(qǐng)使用對(duì)你來(lái)說(shuō)更明白的形式吧。

返回閉包

閉包表現(xiàn)為 trait，這意味著不能直接返回閉包。對(duì)于大部分需要返回 trait 的情況，可以使用實(shí)現(xiàn)了期望返回的 trait 的具體類(lèi)型來(lái)替代函數(shù)的返回值。但是這不能用于閉包，因?yàn)樗麄儧](méi)有一個(gè)可返回的具體類(lèi)型；例如不允許使用函數(shù)指針 fn 作為返回值類(lèi)型。

這段代碼嘗試直接返回閉包，它并不能編譯：

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

編譯器給出的錯(cuò)誤是：

$ cargo build
   Compiling functions-example v0.1.0 (file:///projects/functions-example)
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 {
  |                         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

For more information about this error, try `rustc --explain E0746`.
error: could not compile `functions-example` due to previous error

錯(cuò)誤又一次指向了 Sized trait！Rust 并不知道需要多少空間來(lái)儲(chǔ)存閉包。不過(guò)我們?cè)谏弦徊糠忠?jiàn)過(guò)這種情況的解決辦法：可以使用 trait 對(duì)象：

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

這段代碼正好可以編譯。關(guān)于 trait 對(duì)象的更多內(nèi)容，請(qǐng)回顧第十七章的 “為使用不同類(lèi)型的值而設(shè)計(jì)的 trait 對(duì)象” 部分。

接下來(lái)讓我們學(xué)習(xí)宏！