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Rust语言之迭代器

文章目录

    • Rust迭代器
    • Rust迭代器的实现
      • Iterator特型
      • IntoIterator特型
      • for循环与迭代器
    • 迭代器类型
      • 再看for循环
    • 实现自定义迭代器
      • 方式一
      • 方式二
    • 相关参考

Rust迭代器

Rust语言内置了迭代器模式,用于实现对一个项的序列进行特定的处理,通常配合for循环使用。当我们使用for...in遍历一个容器向量时,其实就是在使用迭代器:

let vec = vec![1, 2, 3];for val in vec {println!("{} ", val);
}

为了方便开发者的使用,for...in表达式隐藏了很多迭代器的使用和实现细节,这些我们将在后面慢慢看到。

Rust迭代器的实现

Rust迭代器的实现基于两个关键的特型:IteratorIntoIterator,在Rust中,迭代器指的是任何实现std::iter::Iterator特型的值,而IntoIterator用于生成某种类型的迭代器。

Iterator特型

Rust标准库中Iterator特型定义如下:

trait Iterator {type Item;  // 产生值的类型fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;   // 迭代器... //其它迭代器方法
}

Item是迭代器产生值的类型。next方法返回Option枚举值,当值为Some(v)时,v存储迭代器的下一个值;值为None时,表示序列终止。

IntoIterator特型

如果某种类型是可迭代的,那么它可以实现std::iter::IntoIterator特型。IntoIterator提供into_iter方法用于接收一个值,然后基于这个值返回一个迭代器。Rust标准库中IntoIterator特型定义如下:

trait IntoIterator where Self::IntoIter::Item == Self::Item {type Item;  // 产生值的类型type IntoIter: Iterator;    // 迭代器的类型fn into_iter(self) -> Self::IntoIter;   // 返回一个迭代器
}

IntoIter是迭代器自身的类型,Item是迭代器产生值的类型。接下来,我们再来看for循环。

for循环与迭代器

for循环的语法形式如下:

for loop_variable in collection {code()
}

这里,变量collections就是实现了Iterator和IntoIterator的类型。Rust在后台会对上述代码进行扩展,因此,for循环的实际执行代码如下:

{let mut _iter = std::iter::IntoIterator::into_iter(collections);loop {match _iter.next() {Some(loop_variable) => {code()},None => break,}}
}

可以看到,for循环的本质就是使用into_iterator()方法将一些集合类型转换为迭代器,再使用next()方法逐个遍历序列。

迭代器类型

Rust中大多数集合类型提供了不止一个IntoIterator的实现,可用来产生迭代项不可变引用、可变引用或者值类型的迭代器,对应方法和描述如下表:

方法描述等价形式
into_iter()返回一个只读不可重入迭代器,迭代器元素的类型为 Tv.into_iter()
iter()返回一个只读可重入迭代器,迭代器元素的类型为 &T(&v).into_iter()
iter_mut()返回一个可修改可重入迭代器,迭代器元素的类型为 &mut T(&mut v).into_iter()

其中,要说明的是iteriter_mut并不是属于某种特型的方法,它们是这些集合类型额外提供的方法,可以理解为是一种简化版的使用形式。

再看for循环

由于for循环会对其操作数应用into_iterator()方法,因此这三个实现就可以消费集合并取得其元素的所有权,以及支持迭代集合的不可变引用、可变引用:

for element in collection {}    等效于 for element in collection.into_iter() {}    // 执行后,collection所有权会被转移,无法再访问
for element in &collection {}   等效于  for element in collection.iter() {}
for element in &mut collection {} 等效于  for element in collection.iter_mut() {}

实现自定义迭代器

Rust中实现自定义迭代器本质上就是为自定义类型实现Iterator和IntoIterator特型。

方式一

struct Counter {max: i32,// `count` tracks the state of this iterator.count: i32,
}impl Counter {fn new(max: i32) -> Counter {Counter { count: -1, max: max }}
}impl Iterator for Counter {type Item = i32;fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {self.count += 1;if self.count < self.max {Some(self.count)} else {None}}
}// 使用for循环遍历迭代器使用
for i in Counter::new(10) {println!("{}", i);
}

方式二

struct Counter {max: i32,// No need to track the state, because this isn't an iterator.
}impl Counter {fn new(max: i32) -> Counter {Counter { max: max }}
}impl IntoIterator for Counter {type Item = i32;type IntoIter = std::ops::Range<Self::Item>;fn into_iter(self) -> Self::IntoIter {std::ops::Range{ start: 0, end: self.max }}
}for i in Counter::new(10) {println!("{}", i);
}

相关参考

  • 《Rust程序设计》
  • 《Rust程序设计语言》
  • Rust 迭代器 Iterator:https://www.twle.cn/c/yufei/rust/rust-basic-iterator.html

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