如何在Rust中定义高阶函数

高阶函数是其参数或返回值本身就是函数的函数。换句话说，如果一种语言支持高阶函数，那么我们就说这些函数是一等公民，也就是说它们是值。

Rust中的函数

fn plus_one(n: i32) -> i32 {
    n + 1
}

return关键字是可选的。如果我们不指定它，函数的最后一条语句被认为是返回语句。

fn main() {
    let add_one = plus_one;

    println!("{}", add_one(1));
}

函数作为参数

我们演示了如何定义函数并将其存储在变量中。现在，让我们看看如何将一个函数作为参数传递给另一个函数。

fn binary_operator(n: i32, m: i32, op: F) -> i32 
where F: Fn(i32, i32) -> i32 {
    op(n, m)
}

binary_operator输入两个数字n和m，以及一个函数op。它对n和m应用op，返回结果。

注意op参数的类型。它是一个泛型类型F，在binary_operator的where子句中进行了细化。特别地，我们将其定义为具有两个数值形参(i32, i32)的函数Fn，返回形参i32。Fn在这里表示一个函数指针，即存储函数的内存地址。

实名函数

add(n: i32, m: i32) -> i32 {
    n + m
}

fn binary_operator(n: i32, m: i32, op: F) -> i32 
where F: Fn(i32, i32) -> i32 {
    op(n, m)
}

fn main() {
    println!("{}", binary_operator(5, 6, add));
}

在上面的例子中，我们首先定义一个函数add来相加两个数字，并将其用作binary_operator的参数。结果打印11，如预期。

匿名函数

fn main() {
    println!("{}", binary_operator(5, 6, |a: i32, b: i32| a - b));
}

在上面的例子中，我们在调用binary_operator时直接定义了一个匿名函数。||之间是参数列表，然后是函数体本身。

匿名函数是一个非常强大的工具，因为在Rust中，它们可以“捕获”上下文环境。在这种情况下，函数也称为闭包。

函数作为返回值

正如我们前面提到的，在Rust中一个函数也可以返回另一个函数。由于Rust中内存管理的结果，这有点复杂，我们很快就会看到。

fn unapplied_binary_operator<'a, F>(n:&'a i32, m:&'a i32, op:&'a F) -> Box<dyn Fn() -> i32 + 'a>
where F: Fn(i32, i32) -> i32 {
    Box::new(move || op(*n, *m))
}

unapplied_binary_operator的定义现在看起来要复杂得多。

返回函数的主要问题是定义函数生命周期的长度。在Rust中，生命周期是借用检查器用来确保所有借用都是有效的。

在上面的例子中，我们定义了一个生命周期'a和泛型的F类型。然后，我们将'a与三个参数以及函数的返回值关联起来。

基本上，我们告诉借用检查器，只要三个参数(n、m和op)存在，就考虑unapplied_binary_operator返回的函数的生命期。

此外，Rust中的生命周期只存在于引用中。因此，我们必须将参数和返回值分别用&和Box转换为引用。

一般来说，Box<dyn Fn()>表示实现Fn特征的装箱值。

上述实现中另一个有趣的地方是move的使用。该关键字表示所有捕获(即对封闭环境的所有引用)都是按值发生的。否则，只要返回的匿名函数存在，任何引用捕获都将被删除，从而使闭包保留无效引用。换句话说，通过move，闭包获得了它使用的变量的所有权。

fn main() {
    let n = 5;
    let m = 6;
    println!("{}", unapplied_binary_operator(&n, &m, &add)());
}

总结

在本文中，我们快速研究了Rust中的高阶函数。我们演示了如何定义一个简单的函数。然后，我们探索了将函数作为参数传递的方法。最后，我们研究了返回一个函数有多复杂，简要地提到了Rust的一些关键特性，比如借用和生命周期。