如何在Rust中实现通用链表映射函数？

Question

我正在用Rust切割牙齿，我正在尝试实现一般类型的链表。 到目前为止，我的cons和len函数都有效，但map出了点问题，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]`

预期产出

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));

如果我评论该行，前两行输出是正确的。 我不确定我的map通话有什么问题

---

更新

aochagavia帮助我理解函数引用问题，第一所有权问题（许多，显然！） -我用我们所用的相同的技术有问题len在map并获得一个新的错误

我更新的map功能如下所示

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)),
    }
}

我现在正在尝试这个

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

新的错误就是这个

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，但如果你添加这个： let y = map(f, xs); 你得到一个更短（更精确）的一个：

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，所有权还存在另一个问题（见下文）。

所有权问题

len函数的类型签名是fn len<A> (xs: List<A>) -> i32 。 这意味着它将获得列表的所有权以计算其长度。 然而，这不是你想要的，因为它会阻止你以后使用这个列表！ 因此，您从编译器获得的错误。

解决这个问题的明智方法是让len借用xs而不是消耗它。 像这样：

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

最后，您将需要通过调用len来修改您的main函数以反映此更改： len(&xs) （注意＆符号，您可以将其视为借用运算符）。

使地图借用xs

正如naomik在评论中指出的那样， map似乎也是借用xs而不是消费它的候选者。 可能的实施方式是：

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 ）。 这很自然，因为不可能消耗借入中包含的值（这意味着借用机制完全被破坏）。

在main中你需要像这样调用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。

封闭中的一些额外背景

闭包在Rust中有点特殊。 你可以用一个很好的语法构造它们，但最后它们只是碰巧实现Fn ， FnMut或FnOnce特性的结构。

如果您希望按值传递它们（而不是像在代码中那样通过引用传递它们），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，您应该阅读特征对象和静态/动态调度 。