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深入了解Rust中函數(shù)與閉包的使用_Rust語言

作者:古明地覺 ? 更新時(shí)間: 2022-12-07 編程語言

閉包

Rust 的閉包由一個(gè)匿名函數(shù)加上外層的作用域組成,舉個(gè)例子:

fn?main()?{
????let?closure?=?|n:?u32|?->?u32?{
????????n?*?2
????};
????println!("n?*?2?=?{}",?closure(12));
????//?n?*?2?=?24
}

閉包可以被保存在一個(gè)變量中,然后我們注意一下它的語法,參數(shù)定義、返回值定義都和普通函數(shù)一樣,但閉包使用的是兩個(gè)豎線。我們對(duì)比一下兩者的區(qū)別:

//?普通函數(shù)定義
fn?func1(a:?u32,?b:?u32)?->?String?{
????//?函數(shù)體
}
/*?如果換成閉包的話,那么等價(jià)于
let?func1?=?|a:?u32,?b:?u32|?->?String?{
????//?函數(shù)體
}
*/

所以兩者在語法上沒有什么本質(zhì)的區(qū)別,但這個(gè)時(shí)候可能有人好奇了,我們能不能把閉包中的匿名函數(shù)換成普通函數(shù)呢?來試一下。

fn?main()?{
????let?closure1?=?|n:?u32|?->?u32?{
????????n?*?2
????};

????fn?closure2(n:?u32)?->?u32?{
????????n?*?2
????}

????println!("n?*?2?=?{}",?closure1(12));
????println!("n?*?2?=?{}",?closure2(12));
????/*
????n?*?2?=?24
????n?*?2?=?24
????*/
}

從表面上來看是可以的,但其實(shí)還存在問題,因?yàn)?closure2 只是一個(gè)在函數(shù)里定義的函數(shù)而已。而閉包除了要包含函數(shù)之外,還要包含函數(shù)所在的外層作用域,什么意思呢?我們舉例說明:

你看到了什么?沒錯(cuò),在函數(shù) closure2 內(nèi)部無法使用外層作用域中的變量 a,因此它只是定義在 main 函數(shù)里的函數(shù)而已,而不是閉包,因?yàn)樗话鈱雍瘮?shù)(main)的作用域。

而 Rust 提示我們使用?|| { ... },那么 closure1 顯然是閉包,因?yàn)樗税粋€(gè)函數(shù)(匿名),還包含了外層作用域,我們將這個(gè)閉包賦值給了 closure1。

此外閉包還有一個(gè)重要的用途,就是在多線程編程時(shí),可以將主線程的變量移動(dòng)到子線程內(nèi)部。

關(guān)于多線程后續(xù)會(huì)詳細(xì)說,這里只是舉個(gè)例子。

//?導(dǎo)入線程模塊
use?std::thread;

fn?main()?{
????let?s?=?String::from("hello?world");
????//?必須在?||?的前面加上?move
????//?它的含義就是將值從主線程移動(dòng)到子線程
????let?closure1?=?move?||?{
????????println!("{}",?s);
????};
????//?開啟一個(gè)子線程
????thread::spawn(closure1).join();
????/*
????hello?world
????*/
}

打印是發(fā)生在主線程當(dāng)中的,而不是子線程,以上就是閉包相關(guān)的內(nèi)容。

高階函數(shù)

了解完閉包之后,再來看看高階函數(shù),在數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)中,高階函數(shù)是至少滿足下列一個(gè)條件的函數(shù):

  • 接收一個(gè)或多個(gè)函數(shù)作為輸入;
  • 輸出一個(gè)函數(shù);

在數(shù)學(xué)中它們也叫算子或者泛函,高階函數(shù)是函數(shù)式編程中非常重要的一個(gè)概念。

先來看看如何定義一個(gè)接收函數(shù)作為參數(shù)的函數(shù):

//?calc?接收三個(gè)參數(shù),返回一個(gè)?i32
//?參數(shù)一:接收兩個(gè) i32 返回一個(gè) i32 的函數(shù)
//?參數(shù)二?和?參數(shù)三均是一個(gè)?i32
fn?calc(method:?fn(i32,?i32)?->?i32,
????????a:?i32,?b:?i32)?->?i32?{
????method(a,?b)
}

fn?add(a:?i32,?b:?i32)?->?i32?{
????a?+?b
}
fn?main()?{
????println!("a?+?b?=?{}",?calc(add,?12,?33));
????/*
????a?+?b?=?45
????*/

????//?也可以傳遞一個(gè)匿名函數(shù),但它不能引用外層作用域的變量
????//?因?yàn)?calc?第一個(gè)參數(shù)接收的是函數(shù),不是閉包
????let?sub?=?|a:?i32,?b:?i32|?->?i32?{
????????a?-?b
????};

????println!("a?-?b?=?{}",?calc(sub,?12,?33));
????/*
????a?-?b?=?-21
????*/
}

以函數(shù)作為參數(shù),在類型聲明中我們不需要寫函數(shù)名以及參數(shù)名,只需要指明參數(shù)類型、數(shù)量和返回值類型即可。

然后再觀察一下函數(shù) calc 的定義,由于第一個(gè)參數(shù) method 接收一個(gè)函數(shù),所以它的定義特別的長,我們能不能簡(jiǎn)化一下呢?

//?相當(dāng)于給類型起了一個(gè)別名
type?Method?=?fn(i32,?i32)?->?i32;

fn?calc(method:?Method,
????????a:?i32,?b:?i32)?->?i32?{
????method(a,?b)
}

這種做法也是可以的。

看完了接收函數(shù)作為參數(shù),再來看看如何將函數(shù)作為返回值。

type?Method?=?fn(i32,?i32)?->?i32;

//?想要接收字符串的話
//?應(yīng)該使用引用?&String?或切片?&str
//?當(dāng)然我們前面說過,更推薦切片
fn?calc(op:?&str)?->?Method?{
????fn?add(a:?i32,?b:?i32)?->?i32?{
????????a?+?b
????}
????
????let?sub?=?|a:?i32,?b:?i32|?->?i32?{?a?-?b?};

????//?使用?if?else?也是可以的
????match?op?{
????????"add"?=>?add,
????????"sub"?=>?sub,
????????//?內(nèi)置的宏,會(huì)拋出一個(gè)錯(cuò)誤,表示方法沒有實(shí)現(xiàn)
????????_?=>?unimplemented!(),
????}  // 注意:此處不可以加分號(hào),因?yàn)橐鳛楸磉_(dá)式返回
}

fn?main()?{
????let?(a,?b)?=?(11,?33);
????println!("a?+?b?=?{}",?calc("add")(a,?b));
????println!("a?-?b?=?{}",?calc("sub")(a,?b));
????/*
????a?+?b?=?44
????a?-?b?=?-22
????*/
}

以上就是高階函數(shù),還是很好理解的,和 Python 比較類似。你可以基于這個(gè)特性,實(shí)現(xiàn)一個(gè)裝飾器,只是 Rust 里面沒有 @ 這個(gè)語法糖罷了。這里我們簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)一下吧,加深一遍印象。

enum?Result?{
????Text(String),
????Func(fn()?->?String),
}

fn?index()?->?String?{
????String::from("歡迎來到古明地覺的編程教室")
}

fn?login_required(username:?&str,?password:?&str)?->?Result?{
????if?!(username?==?"satori"?&&?password?==?"123")?{
????????return?Result::Text(String::from("請(qǐng)先登錄"));
????}?else?{
????????return?Result::Func(index);
????}
}

fn?main()?{
????let?res1?=?login_required("xxx",?"yyy");
????let?res2?=?login_required("satori",?"123");
????//?如果后續(xù)還要使用?res1?和?res2,那么就使用引用
????//?也就是?[&res1,?&res2]
????//?但這里我們不用了,所以是?[res1,?res2],此時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)移所有權(quán)
????for?item?in?[res1,?res2]?{
????????match?item?{
????????????Result::Text(error)?=>?println!("{}",?error),
????????????Result::Func(index)?=>?println!("{}",?index()),
????????}
????}
????/*
????請(qǐng)先登錄
????歡迎來到古明地覺的編程教室
????*/
}

是不是很有趣呢?這里再次看到了枚舉類型的威力,我們有可能返回字符串,也有可能返回函數(shù),那么應(yīng)該怎么辦呢?很簡(jiǎn)單,將它們放到枚舉里面即可,這樣它們都是枚舉類型。至于到底是哪一個(gè)成員,再基于 match 分別處理即可。

還記得 match 嗎?match 可以有任意多個(gè)分支,每一個(gè)分支都應(yīng)該返回相同的類型,并且只有一個(gè)分支會(huì)執(zhí)行成功,然后該分支的返回值會(huì)作為整個(gè) match 表達(dá)式的返回值。

發(fā)散函數(shù)

最后再來看看發(fā)散函數(shù),這個(gè)概念在其它語言里面應(yīng)該很少聽到。在 Rust 里面,發(fā)散函數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)返回,它的返回值被標(biāo)記為?!,表示這是一個(gè)空類型。

//?發(fā)散函數(shù)的返回值類型是一個(gè)感嘆號(hào)
//?它表示這個(gè)函數(shù)執(zhí)行時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)
fn?foo()?->?!?{
????panic!("這個(gè)函數(shù)執(zhí)行時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)")
}

fn?main()?{
????//?調(diào)用發(fā)散函數(shù)時(shí),可以將其結(jié)果賦值給任意類型的變量
????let?res1:?u32?=?foo();
????let?res2:?f64?=?foo();
}

所以這個(gè)發(fā)散函數(shù)沒啥卵用,你在實(shí)際開發(fā)中估計(jì)一輩子也用不上,因?yàn)樗趫?zhí)行的時(shí)候會(huì) panic 掉。所以這段代碼編譯的時(shí)候是沒有問題的,但執(zhí)行時(shí)會(huì)觸發(fā) panic。既然執(zhí)行時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò),那么當(dāng)然可以賦值給任意類型的變量。

因此當(dāng)返回值類型為?!?時(shí),我們需要通過 panic 宏讓函數(shù)在執(zhí)行的過程中報(bào)錯(cuò)。但要注意的是,發(fā)散函數(shù)和不指定返回值的函數(shù)是不一樣的,舉個(gè)例子:

//?發(fā)散函數(shù)的返回值類型是一個(gè)感嘆號(hào)
//?它表示這個(gè)函數(shù)執(zhí)行時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)
fn?foo()?->?!?{
????panic!("這個(gè)函數(shù)執(zhí)行時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)");
}

//?不指定返回值,默認(rèn)返回?()
//?所以以下等價(jià)于?fn?bar()?->?()?{}
//?但很明顯?bar?函數(shù)是有返回值的,會(huì)返回空元組
fn?bar()?{

}

總的來說發(fā)散函數(shù)沒啥卵用,在工作中也不建議使用,只要知道有這么個(gè)東西就行。

原文鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/j0cQm8aDzV7Kx6HSOrEKDQ

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