generics - 如何在 Rust 中实现通用链表映射函数？

Question

我正在学习 Rust，我正在尝试实现一个通用类型的链表。到目前为止，我的 cons 和 len 函数可以工作，但是 map 有一些我无法弄清楚的问题。

use std::fmt;

#[derive(Debug)]
enum List<A> {
    Empty,
    Cons(A, Box<List<A>>),
}

fn cons<A>(x: A, xs: List<A>) -> List<A> {
    return List::Cons(x, Box::new(xs));
}

fn len<A>(xs: List<A>) -> i32 {
    match xs {
        List::Empty => 0,
        List::Cons(_, xs) => 1 + len(*xs),
    }
}

fn map<A, B>(f: &Fn(A) -> B, xs: List<A>) -> List<B> {
    match xs {
        List::Empty => List::Empty,
        List::Cons(x, xs) => cons(f(x), map(f, *xs)),
    }
}

fn main() {
    let xs = cons(1, cons(2, cons(3, List::Empty)));
    println!("{:?}", xs);
    println!("{:?}", len(xs));
    let f = |x: i32| x * x;
    println!("{:?})", map(f, xs));
}

错误

error[E0308]: mismatched types
  --> src/main.rs:32:27
   |
32 |     println!("{:?})", map(f, xs));
   |                           ^ expected reference, found closure
   |
   = note: expected type `&std::ops::Fn(_) -> _`
              found type `[closure@src/main.rs:31:13: 31:27]`

预期输出

Cons(1, Cons(2, Cons(3, Empty)))
3
Cons(1, Cons(4, Cons(9, Empty)))

我的特殊问题在于

println!("{:?})", map(f, xs));

如果我注释掉那一行，输出的前两行是正确的。我不确定我的 map 调用有什么问题

---

更新

aochagavia 帮助我理解了函数引用问题和第一个所有权问题(显然是很多问题!)- 我在使用我们在 map< 中的 len 中使用的相同技术时遇到了问题 并得到一个新的错误

我更新后的 map 函数如下所示

fn map<A, B>(f: &Fn(A) -> B, xs: &List<A>) -> List<B> {
    match *xs {
        List::Empty => List::Empty,
        List::Cons(x, ref xs) => cons(f(x), map(f, xs)),
    }
}

我正在尝试这个

let f = |x: i32| x * x;
let ys = map(&f, &xs);
let zs = map(&f, &xs);
println!("{:?})", ys);
println!("{:?})", zs);

新的错误是这样的

error[E0009]: cannot bind by-move and by-ref in the same pattern
  --> src/main.rs:23:20
   |
23 |         List::Cons(x, ref xs) => cons(f(x), map(f, xs)),
   |                    ^  ------ both by-ref and by-move used
   |                    |
   |                    by-move pattern here

Answer 1

错误消息很大，因为它发生在宏中，但如果您添加:let y = map(f, xs);你会得到一个更短(并且稍微更准确)的:

error[E0308]: mismatched types
  --> <anon>:32:15
   |
32 |   let y = map(f, xs);
   |               ^ expected reference, found closure
   |
   = note: expected type `&std::ops::Fn(_) -> _`
              found type `[closure@<anon>:31:11: 31:25]`

也就是说，您是按值而不是按引用传递闭包!使用 map(&f, xs) (注意＆符号)应该可以解决错误。但是，还有另一个所有权问题(见下文)。

所有权问题

len 的类型签名功能是fn len<A> (xs: List<A>) -> i32 .这意味着它将获得列表的所有权以计算其长度。然而，这不是您想要的，因为它会阻止您以后使用该列表!因此，您会从编译器中得到错误。

解决这个问题的明智方法是让 len借xs而不是消费它。像这样:

fn len<A>(xs: &List<A>) -> i32 {
    match *xs {
        List::Empty => 0,
        List::Cons(_, ref xs) => 1 + len(xs),
    }
}

最后，您需要修改您的 main通过调用 len 来反射(reflect)此更改的函数像这样:len(&xs) (注意与号，您可以将其视为借用运算符)。

也让 map 借xs

正如 naomik 在评论中指出的那样，map似乎也是借款的候选人xs而不是消费它。一个可能的实现是:

fn map<A, B>(f: &Fn(&A) -> B, xs: &List<A>) -> List<B> {
    match *xs {
        List::Empty => List::Empty,
        List::Cons(ref x, ref xs) => cons(f(x), map(f, xs)),
    }
}

与原始版本的主要区别在于闭包现在采用 &A而不是 A (参见 Fn(&A) -> B)。这是很自然的，因为不可能消耗包含在借用中的值(这意味着借用机制完全被破坏)。

在 main 中，您需要调用 map像这样:

let f = |x: &i32| (*x) * (*x);
map(&f, &xs);

请注意 f现在借用它的参数而不是使用它，正如 map 的类型签名所要求的那样.

闭包的一些额外背景

Rust 中的闭包有点特殊。你可以用一个很好的语法构造它们，但最终它们只是碰巧实现了 Fn 的结构。 , FnMut或 FnOnce特质。

如果您想按值传递它们(而不是像您在代码中那样按引用传递)，您可以使用以下类型签名使 map 函数通用:

fn map<F, A, B> (f: F, xs: List<A>) -> List<B>
    where F: Fn(A) -> B
{

这也为您提供了静态分派(dispatch)。如果您想了解更多信息，您可能应该阅读 trait objects and static/dynamic dispatch .