功能性Rust：为什么`filter`在闭包中要借用？

Question

我想练习使用Rust的函数式能力。

例如，我想将这个循环转换为函数式：

levels: Vec<Vec<u8>> = //< Built by something

let mut total = 0;
for (x, y) in iproduct!(0..10, 0..10) {
    if levels[x][y] > 9 {
        total += count_something(levels, x, y);
    }
}

// Edit: here's the `count_something` function signature
fn count_something (levels: &mut Vec<Vec<u8>>, x: usize, y: usize) -> usize {
    // Count
}

这是我的功能重构的结果:

iproduct!(0..10, 0..10)
    .filter(|(x, y)| levels[*x][*y] > 9)
    .map(|(x, y)| count_something(levels, x, y))
    .sum()

问题是：这段代码无法编译。
错误信息：error[E0500]: closure requires unique access to *levels but it is already borrowed。

我不理解为什么filter会借用levels二维矩阵。 我的内部模型似乎无法解释这个问题。

- gberth

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你能否写一个 [MRE] ？没有更多信息很难帮助你，例如 count_something 如何声明（如果它需要可变引用，那么你就有了答案）。 - Denys Séguret

嗨@DenysSéguret。我同意你的观点，提出好问题是我能做的最少的事情。话虽如此，我没有包括count_something，因为我认为这是不必要的细节。我错了吗？ - gberth

我在问题中添加了函数签名。 - gberth

请注意，函数式编程与可变数据的兼容性较差（这不仅适用于Rust，而是任何语言都是如此）。在纯函数式风格中，“count_something”将使用对“levels”的不可变引用，并返回修改后的副本。 - Jmb

@Jmb 有趣的观点。我没有考虑到不可变性。 - gberth

Answer 1

我不明白为什么`filter`要借用二维矩阵的级别。我的理解是在底层发生了什么似乎还不够充分。

`filter`的回调函数需要访问矩阵，所以这里进行了借用（另一个选择是移动）：在Rust中，闭包是语法糖，对应一个结构体和一个可调用对象，任何自由变量都会自动转换为匿名结构体的成员：

.filter(|(x, y)| levels[*x][*y] > 9)

成为（更多或更少，有很多被跳过的内容）。

struct $SECRET1$ {
    levels: &Vec<Vec<u8>>
}
impl $SECRET1$ {
    fn call(&self, x: &usize, y: &usize) -> bool {
        self.levels[*x][*y] > 9
    }
}
[...]
.filter($SECRET1$ { levels: &levels })

这就是为什么 levels 被借用的原因。

问题的另一部分是，当地图运行时，为什么 levels 仍然被借用，答案是 Rust 的迭代器是惰性的，所以它们并发地（交错地）运行操作，而不是顺序地运行。

因此，当你编写以下代码时：

iproduct!(0..10, 0..10)
    .filter(|(x, y)| levels[*x][*y] > 9)
    .map(|(x, y)| count_something(levels, x, y))
    .sum()

您正在编写类似以下内容的内容：

let p = iproduct!(0..10, 0..10);
let f = Filter {
    f: |(x, y)| levels[*x][*y] > 9,
    iter: p
};
let m = Map {
    f: |(x, y)| count_something(levels, x, y),
    iter: f
};
Iterator::sum(m)

因此，正如您所看到的，Map.f和Filter.f同时存在并需要相同的数据。如果两者都只需要从中读取数据，那就没问题了，但显然count_something（因此map）需要一个可变（唯一）引用，这与只读（共享）引用不兼容。

- Masklinn

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非常有帮助。谢谢。 - gberth