Rust 中文社区 · 更新于 2017-11-24 20:00:56

高阶函数

高阶函数与普通函数的不同在于,它可以使用一个或多个函数作为参数,可以将函数作为返回值。rust的函数是first class type,所以支持高阶函数。而,由于rust是一个强类型的语言,如果要将函数作为参数或返回值,首先需要搞明白函数的类型。下面先说函数的类型,再说函数作为参数和返回值。

函数类型

前面说过,关键字fn可以用来定义函数。除此以外,它还用来构造函数类型。与函数定义主要的不同是,构造函数类型不需要函数名、参数名和函数体。在Rust Reference中的描述如下:

The function type constructor fn forms new function types. A function type consists of a possibly-empty set of function-type modifiers (such as unsafe or extern), a sequence of input types and an output type.

来看一个简单例子:

fn inc(n: i32) -> i32 {//函数定义
  n + 1
}

type IncType = fn(i32) -> i32;//函数类型

fn main() {
  let func: IncType = inc;
  println!("3 + 1 = {}", func(3));
}

上例首先使用fn定义了inc函数,它有一个i32类型参数,返回i32类型的值。然后再用fn定义了一个函数类型,这个函数类型有i32类型的参数和i32类型的返回值,并用type关键字定义了它的别名IncType。在main函数中定义了一个变量func,其类型就为IncType,并赋值为inc,然后在pirntln宏中调用:func(3)。可以看到,inc函数的类型其实就是IncType。 这里有一个问题,我们将inc赋值给了func,而不是&inc,这样是将inc函数的拥有权转给了func吗,赋值后还可以以inc()形式调用inc函数吗?先来看一个例子:

fn main() {
  let func: IncType = inc;
  println!("3 + 1 = {}", func(3));
  println!("3 + 1 = {}", inc(3));
}

type IncType = fn(i32) -> i32;

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

我们将上例保存在rs源文件中,再用rustc编译,发现并没有报错,并且运行也得到我们想要的结果:

3 + 1 = 4
3 + 1 = 4

这说明,赋值时,inc函数的所有权并没有被转移到func变量上,而是更像不可变引用。在rust中,函数的所有权是不能转移的,我们给函数类型的变量赋值时,赋给的一般是函数的指针,所以rust中的函数类型,就像是C/C++中的函数指针,当然,rust的函数类型更安全。可见,rust的函数类型,其实应该是属于指针类型(Pointer Type)。rust的Pointer Type有两种,一种为引用(Reference&),另一种为原始指针(Raw pointer *),详细内容请看Rust Reference 8.18 Pointer Types。而rust的函数类型应是引用类型,因为它是安全的,而原始指针则是不安全的,要使用原始指针,必须使用unsafe关键字声明。

函数作为参数

函数作为参数,其声明与普通参数一样。看下例:

fn main() {
  println!("3 + 1 = {}", process(3, inc));
  println!("3 - 1 = {}", process(3, dec));
}

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

fn dec(n: i32) -> i32 {
  n - 1
}

fn process(n: i32, func: fn(i32) -> i32) -> i32 {
  func(n)
}

例子中,process就是一个高阶函数,它有两个参数,一个类型为i32n,另一个类型为fn(i32)->i32的函数func,返回一个i32类型的参数;它在函数体内以n作为参数调用func函数,返回func函数的返回值。运行可以得到以下结果:

3 + 1 = 4
3 - 1 = 2

不过,这不是函数作为参数的唯一声明方法,使用泛型函数配合特质(trait)也是可以的,因为rust的函数都会实现一个trait:FnOnceFnFnMut。将上例中的process函数定义换成以下形式是等价的:

fn process<F>(n: i32, func: F) -> i32
    where F: Fn(i32) -> i32 {
    func(n)
}

函数作为返回值

函数作为返回值,其声明与普通函数的返回值类型声明一样。看例子:

fn main() {
   let a = [1,2,3,4,5,6,7];
   let mut b = Vec::<i32>::new();
   for i in &a {
       b.push(get_func(*i)(*i));
   }
   println!("{:?}", b);
}

fn get_func(n: i32) -> fn(i32) -> i32 {
    fn inc(n: i32) -> i32 {
        n + 1
    }
    fn dec(n: i32) -> i32 {
        n - 1
    }
    if n % 2 == 0 {
        inc
    } else {
        dec
    }
}

例子中的高阶函数为get_func,它接收一个i32类型的参数,返回一个类型为fn(i32) -> i32的函数,若传入的参数为偶数,返回inc,否则返回dec。这里需要注意的是,inc函数和dec函数都定义在get_func内。在函数内定义函数在很多其他语言中是不支持的,不过rust支持,这也是rust灵活和强大的一个体现。不过,在函数中定义的函数,不能包含函数中(环境中)的变量,若要包含,应该闭包(详看13章 闭包)。 所以下例:

fn main() {
  let f = get_func();
  println!("{}", f(3));
}

fn get_func() -> fn(i32)->i32 {
  let a = 1;
  fn inc(n:i32) -> i32 {
    n + a
  }
  inc
}

使用rustc编译,会出现如下错误: error

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