如何在 Rust 中实现一个通用的链表映射函数？

Question

我正在用 Rust 磨牙，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 函数可以正常工作，但 map 有问题，我无法弄清楚。

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)))

我的特殊问题是

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

如果我将该行注释掉，则输出的前两行是正确的。我不确定我的map 电话有什么问题

---

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 len 和 map 中使用的相同技术时遇到了问题，并遇到了一个新错误

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，但如果您添加以下内容：let y = map(f, xs); 您会得到一个更短（并且更准确）的错误消息：

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，您通过值而不是通过引用传递闭包！使用map(&f, xs)（注意与号）应该可以解决错误。但是，所有权还有另一个问题（见下文）。

所有权问题

len 函数的类型签名是fn len<A> (xs: List<A>) -> i32。这意味着它将获取列表的所有权以计算其长度。然而，这不是您想要的，因为它会阻止您之后使用该列表！因此你从编译器得到的错误。

解决这个问题的明智方法是让len 借用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 函数以通过调用 len 来反映此更改，如下所示：len(&xs)（注意与符号，您可以将其视为借用运算符）。

让地图也借用 xs

正如 naomik 在 cmets 中指出的那样，map 似乎也是借用 xs 而不是消费它的候选者。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（请参阅Fn(&A) -> B）。这是很自然的，因为不可能使用借用中包含的值（这意味着借用机制完全被破坏了）。

在 main 中，您需要像这样调用 map：

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

请注意，f 现在借用其参数而不是使用它，这是 map 的类型签名所要求的。

闭包中的一些额外背景

闭包在 Rust 中有点特殊。你可以用很好的语法构造它们，但最终它们只是碰巧实现了Fn、FnMut 或FnOnce 特征的结构。

如果您想通过值传递它们（而不是通过引用，就像您在代码中所做的那样），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
{

这也为您提供静态调度。如果您想了解更多信息，您应该阅读trait objects and static/dynamic dispatch。