我应该按值传递还是按引用传递函数对象？

Question

似乎有两种不进行动态分派的将函数作为参数传递的方法：

1. &impl Fn(TIn) -> TOut // 通过引用
2. impl Fn(TIn) -> TOut // 通过值

假设函数是纯函数（即可被多次调用），我的初步想法是最好通过引用来传递。这意味着函数对象可以被多次使用（因为没有转移所有权），在更常见的情况下，即匿名闭包的情况下，引用间接性应该被优化掉，因为编译器准确地知道函数本身（所以它可以被内联）。

但是，我注意到例如 Option::map 就会通过值传递其闭包，这让我想可能我做错了什么。

我应该通过值还是通过引用传递函数对象？如果没有明显的答案，那我应该考虑哪些因素？

- Clinton

Answer 1

TL;DR: 你应该使用 F: Fn() -> () 或 impl Fn() -> () 作为参数。

Fn

如 @Bubletan 在他们的回答中提到的 （链接），关键点是如果 F 实现了 Fn，则对于 &F，Fn 将会 自动实现：

impl<'_, A, F> Fn<A> for &'_ F
where
    F: Fn<A> + ?Sized,

结果是：

• foo(f: impl Fn() -> ())可以通过foo(callable)或foo(&callable)进行调用。
• foo(f: &impl Fn() -> ())强制调用者使用foo(&callable)并禁止foo(callable)。

一般来说，当被调用者存在缺陷时，最好将选择权留给调用者，因此应优先选择第一种形式。

FnMut

对于实现了FnMut的F，同样适用于&mut F，也会自动实现FnMut。

impl<'_, A, F> FnMut<A> for &'_ mut F
where
    F: FnMut<A> + ?Sized, 

因此，参数中也应该按值传递，让调用者选择使用foo(callable)还是foo(&mut callable)。

FnOnce

有一种与FnOnce保持一致性的论点，即只能按值传递，这再次指向了按值获取Fn*家族的参数的方向。

- Matthieu M.

Answer 2

最初的回答：

在 Fn 特性文档中提到，如果某个类型 F 实现了 Fn 特性，则 &F 也实现了 Fn 特性。

在 Copy 特性文档中提到，对于函数指针和闭包（当然取决于它们捕获的内容），该特性会自动实现。也就是说，当它们作为参数传递给函数时，它们会被复制。

因此，你应该选择第二个选项。

示例：

fn foo(f: impl Fn(i32) -> i32) -> i32 { f(42) }

fn bar() {
    let f = |x| -> 2 * x;
    foo(f);
    foo(f); // f is copied and can thus be used
}

- Bubletan

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我仍然不清楚为什么我会选择第二个选项而不是第一个？您说过：“如果某种类型F实现了Fn，那么&F也实现了Fn。”您并没有说如果&F实现了Fn，则F也实现了Fn，因此这个陈述倾向于意味着&F是更一般的方法。 - Clinton

@Clinton 我的意思是，如果你有一个引用，即使没有解除引用，你仍然可以传递它。另一种情况下，如果你需要一个引用，在出现非引用情况时，你必须创建一个引用。在答案中给出的示例中，你将不得不传递&f。 - Bubletan

我仍然不明白你为什么建议采用按值传递的方法。你似乎只是说大多数情况下Fn是可复制的，但在我看来，通过引用传递始终有效。如果你指出选项1的缺点，我可能会理解为什么选项2是更好的方法。 - Clinton

@Clinton 缺点是强制间接引用。就像我说的那样，你必须写&f而不是只写f。如果你有实现了Fn的&F，你仍然可以像原来一样直接传递它。 - Bubletan

Answer 3

Option::map采用值方式接受闭包的原因是它具有以下签名：

原始答案翻译成："最初的回答"

pub fn map<U, F: FnOnce(T) -> U>(self, f: F) -> Option<U>

因此，这意味着它需要通过值来获取它，因为 FnOnce 的定义如下：链接。最初的回答

pub trait FnOnce<Args> {
    type Output;
    extern "rust-call" fn call_once(self, args: Args) -> Self::Output;
}

此外，这种Fn变体是最不受限制的，因此最可用，因为FnMut: FnOnce和Fn: FnMut，所以FnOnce是最不派生的。
因此，我们可以推断出：

• Option::map试图使其参数最不受限制
• FnOnce是最不受限制的
• FnOnce需要通过值获取self
• 因此，Option::map通过值获取f，否则它将是无用的。

- Optimistic Peach

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FnOnce 消耗 self 的事实意味着，如果您需要这样做，您的函数只能使用一次，即使它是一个 Fn，对吧？这似乎也很限制。 - harmic

@harmic 相反的是，“由于 Fn 和 FnMut 都是 FnOnce 的子 trait，因此任何 Fn 或 FnMut 的实例都可以在期望 FnOnce 的地方使用”。 - Stargateur