每日一R「13」数据结构（四）闭包

Samson_bu
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今天我们来学习数据结构系列中的最后一讲内容，闭包。闭包是函数编程语言中非常重要的一个工具，它可以作为参数传递给函数，也可作为返回值被函数返回。Rust 中的闭包与其他编程语言中的闭包都有所不同。接下来，我们将跟着老师一起，慢慢解开闭包的神秘面纱。

01-Rust 中的闭包

在 Rust 的官方文档中对闭包的定义是：

A closure expression produces a closure value with a unique, anonymous type that cannot be written out. A closure type is approximately equivalent to a struct which contains the captured variables. 译：闭包由闭包表达式产生，具有唯一、匿名的类型。闭包类型近似地等价于一个由它从上下文中捕获的变量组成结构体。

从上面的描述中，我们可以知道，Rust 中的闭包是一个类型（或者说结构体），且该类型无法在别的地方使用（匿名）。且闭包类型由所有从上下文（作用域）中捕获的变量组成。

Rust 中闭包表达式形如：|args| { codes }，这种闭包以只读引用的形式捕获上下文中的变量；如果需要所有权转移到闭包中，可以使用 move |args| { codes }。

闭包类型这种特殊的结构体到底长什么样？考虑如下代码：

let name:String = String::from("rust");
let mut table = HashMap::new();
table.insert("hello", "world");
let c = move || println!("hello: {}, {:?}", name, table);

c 是一个闭包，它的类型结构体大概类似于：

struct anonymousC {
    name: String,
    table: HashMap<&str, &str>,
}

闭包是存储在栈上的，并且除了捕获的数据外，闭包本身不包含任何额外函数指针指向闭包的代码。

02-Rust 的闭包类型

Rust 中，声明闭包时并不需要指定闭包要满足的约束，但当闭包作为参数传递给函数或作为一个结构体的域时，需要对闭包的类型进行约束。接下来我们一起学习下 Rust 中的闭包类型。

02-Rust 的闭包类型

Rust 中，声明闭包时并不需要指定闭包要满足的约束，但当闭包作为参数传递给函数或作为一个结构体的域时，需要对闭包的类型进行约束。接下来我们一起学习下 Rust 中的闭包类型。

02.1-FnOnce

FnOnce 的定义如下：

pub trait FnOnce<Args> {
    type Output;
    extern "rust-call" fn call_once(self, args: Args) -> Self::Output;
}

从定义中可以看出：

  • FnOnce trait 包含了一个关联类型 Output，表示闭包的输出类型；
  • 包含一个未作限定的泛型参数 Args，它其实对应了闭包定义是 move |args| {codes} 中的 args；
  • 定义了一个函数 call_once，需要额外注意的是，该方法的第一个参数是 self，会将当前闭包的所有权转移到 call_once 之内。所以 FnOnce 仅支持调用一次。

02.2-FnMut

FnMut 的定义如下：

pub trait FnMut<Args>: FnOnce<Args> {
    extern "rust-call" fn call_mut(
        &mut self, 
        args: Args
    ) -> Self::Output;
}

从上面的定义中可以看出：

  • FnMut “继承”了 FnOnce，或者说 FnOnce 是它的 super trait，这也就意味着，任何需要 FnOnce 的地方，都能传一个 FnMut 进去。
  • FnMut 多定义了一个方法 call_mut，注意，它的第一个参数是 &mut self，意味着它不会移动闭包结构体的所有权，也就可以调用多次。

02.3-Fn

Fn 的定义如下：

pub trait Fn<Args>: FnMut<Args> {
    extern "rust-call" fn call(&self, args: Args) -> Self::Output;
}

从上面的定义可以看出：

  • Fn “继承“了 FnMut。
  • Fn 定义了额外的方法 call，它的第一个参数是 &self，即不会取得所有权，且不会修改闭包捕获变量的内容，可以调用多次。

02.4-闭包使用场景

Rust 中闭包使用场景主要包括：

  • 作为函数的参数传递，例如 Iterator 中的 map 方法，接收的就是 FnMut 参数：

    fn map<B, F>(self, f: F) -> Map<Self, F>
where
    Self: Sized,
    F: FnMut(Self::Item) -> B,
{
    Map::new(self, f)
}

  • 作为函数的返回值

  • Rust 中可以为闭包实现某个 trait，使其表现出其他行为。例如 tonic 中的示例：

    pub trait Interceptor {
    /// Intercept a request before it is sent, optionally cancelling it.
    fn call(&mut self, request: crate::Request<()>) -> Result<crate::Request<()>, Status>;
}

impl<F> Interceptor for F
where
    F: FnMut(crate::Request<()>) -> Result<crate::Request<()>, Status>,
{
    fn call(&mut self, request: crate::Request<()>) -> Result<crate::Request<()>, Status> {
        self(request)
    }
}

本节课程链接：《19｜闭包：FnOnce、FnMut和Fn，为什么有这么多类型？》

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