函数 - 高阶函数

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小牛编辑

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2023-12-01

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i32的n，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:FnOnce、Fn或FnMut。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：
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