深入了解Rust中函数与闭包的使用

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• 闭包
• 高阶函数
• 发散函数

闭包

Rust 的闭包由一个匿名函数加上外层的作用域组成，举个例子：

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

闭包可以被保存在一个变量中，然后我们注意一下它的语法，参数定义、返回值定义都和普通函数一样，但闭包使用的是两个竖线。我们对比一下两者的区别：

// 普通函数定义
fn func1(a: u32, b: u32) -> String {
    // 函数体
}
/* 如果换成闭包的话，那么等价于
let func1 = |a: u32, b: u32| -> String {
    // 函数体
}
*/

所以两者在语法上没有什么本质的区别，但这个时候可能有人好奇了，我们能不能把闭包中的匿名函数换成普通函数呢？来试一下。

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
    */
}

从表面上来看是可以的，但其实还存在问题，因为 closure2 只是一个在函数里定义的函数而已。而闭包除了要包含函数之外，还要包含函数所在的外层作用域，什么意思呢？我们举例说明：

你看到了什么？没错，在函数 closure2 内部无法使用外层作用域中的变量 a，因此它只是定义在 main 函数里的函数而已，而不是闭包，因为它不包含外层函数（main）的作用域。

而 Rust 提示我们使用 || { ... }，那么 closure1 显然是闭包，因为它除了包含一个函数（匿名），还包含了外层作用域，我们将这个闭包赋值给了 closure1。

此外闭包还有一个重要的用途，就是在多线程编程时，可以将主线程的变量移动到子线程内部。

关于多线程后续会详细说，这里只是举个例子。

// 导入线程模块
use std::thread;

fn main() {
    let s = String::from("hello world");
    // 必须在 || 的前面加上 move
    // 它的含义就是将值从主线程移动到子线程
    let closure1 = move || {
        println!("{}", s);
    };
    // 开启一个子线程
    thread::spawn(closure1).join();
    /*
    hello world
    */
}

打印是发生在主线程当中的，而不是子线程，以上就是闭包相关的内容。

高阶函数

了解完闭包之后，再来看看高阶函数，在数学和计算机中，高阶函数是至少满足下列一个条件的函数：

• 接收一个或多个函数作为输入；
• 输出一个函数；

在数学中它们也叫算子或者泛函，高阶函数是函数式编程中非常重要的一个概念。

先来看看如何定义一个接收函数作为参数的函数：

// calc 接收三个参数，返回一个 i32
// 参数一：接收两个 i32 返回一个 i32 的函数
// 参数二 和 参数三均是一个 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
    */

    // 也可以传递一个匿名函数，但它不能引用外层作用域的变量
    // 因为 calc 第一个参数接收的是函数，不是闭包
    let sub = |a: i32, b: i32| -> i32 {
        a - b
    };

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

以函数作为参数，在类型声明中我们不需要写函数名以及参数名，只需要指明参数类型、数量和返回值类型即可。

然后再观察一下函数 calc 的定义，由于第一个参数 method 接收一个函数，所以它的定义特别的长，我们能不能简化一下呢？

// 相当于给类型起了一个别名
type Method = fn(i32, i32) -> i32;

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

这种做法也是可以的。

看完了接收函数作为参数，再来看看如何将函数作为返回值。

type Method = fn(i32, i32) -> i32;

// 想要接收字符串的话
// 应该使用引用 &String 或切片 &str
// 当然我们前面说过，更推荐切片
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,
        // 内置的宏，会抛出一个错误，表示方法没有实现
        _ => unimplemented!(),
    }  // 注意：此处不可以加分号，因为要作为表达式返回
}

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
    */
}

以上就是高阶函数，还是很好理解的，和 Python 比较类似。你可以基于这个特性，实现一个装饰器，只是 Rust 里面没有 @ 这个语法糖罢了。这里我们简单地实现一下吧，加深一遍印象。

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

fn index() -> String {
    String::from("欢迎来到古明地觉的编程教室")
}

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

fn main() {
    let res1 = login_required("xxx", "yyy");
    let res2 = login_required("satori", "123");
    // 如果后续还要使用 res1 和 res2，那么就使用引用
    // 也就是 [&res1, &res2]
    // 但这里我们不用了，所以是 [res1, res2]，此时会转移所有权
    for item in [res1, res2] {
        match item {
            Result::Text(error) => println!("{}", error),
            Result::Func(index) => println!("{}", index()),
        }
    }
    /*
    请先登录
    欢迎来到古明地觉的编程教室
    */
}

是不是很有趣呢？这里再次看到了枚举类型的威力，我们有可能返回字符串，也有可能返回函数，那么应该怎么办呢？很简单，将它们放到枚举里面即可，这样它们都是枚举类型。至于到底是哪一个成员，再基于 match 分别处理即可。

还记得 match 吗？match 可以有任意多个分支，每一个分支都应该返回相同的类型，并且只有一个分支会执行成功，然后该分支的返回值会作为整个 match 表达式的返回值。

发散函数

最后再来看看发散函数，这个概念在其它语言里面应该很少听到。在 Rust 里面，发散函数永远不会返回，它的返回值被标记为 !，表示这是一个空类型。

// 发散函数的返回值类型是一个感叹号
// 它表示这个函数执行时会报错
fn foo() -> ! {
    panic!("这个函数执行时会报错")
}

fn main() {
    // 调用发散函数时，可以将其结果赋值给任意类型的变量
    let res1: u32 = foo();
    let res2: f64 = foo();
}

所以这个发散函数没啥卵用，你在实际开发中估计一辈子也用不上，因为它在执行的时候会 panic 掉。所以这段代码编译的时候是没有问题的，但执行时会触发 panic。既然执行时会报错，那么当然可以赋值给任意类型的变量。

因此当返回值类型为 ! 时，我们需要通过 panic 宏让函数在执行的过程中报错。但要注意的是，发散函数和不指定返回值的函数是不一样的，举个例子：

// 发散函数的返回值类型是一个感叹号
// 它表示这个函数执行时会报错
fn foo() -> ! {
    panic!("这个函数执行时会报错");
}

// 不指定返回值，默认返回 ()
// 所以以下等价于 fn bar() -> () {}
// 但很明显 bar 函数是有返回值的，会返回空元组
fn bar() {

}

总的来说发散函数没啥卵用，在工作中也不建议使用，只要知道有这么个东西就行。

到此这篇关于深入了解Rust中函数与闭包的使用的文章就介绍到这了,更多相关Rust函数 闭包内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！