在Rust中向不可变向量添加元素

Question

我正在尝试使用函数式编程和递归来创建一个Rust用户输入验证函数。如何返回一个不可变向量，并将一个元素连接到末尾？

fn get_user_input(output_vec: Vec<String>) -> Vec<String> {
    // Some code that has two variables: repeat(bool) and new_element(String)
    if !repeat {
        return output_vec.add_to_end(new_element); // What function could "add_to_end" be?
    }
    get_user_input(output_vec.add_to_end(new_element)) // What function could "add_to_end" be?
}

对于其他操作都有相应的函数：
push 将可变向量添加到可变向量中
append 将元素添加到可变向量的末尾
concat 将不可变向量添加到不可变向量中
??? 将元素添加到不可变向量的末尾

我目前能够工作的唯一解决方案是使用：

[write_data, vec![new_element]].concat()

但是这种方法似乎效率不高，因为我只为一个元素创建了一个新的向量（因此大小在编译时已知）。

- Alex

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为什么你不能只使用mut output_vec: Vec<String>？你不可变地取值的原因是什么？（或者output_vec应该是一个引用？） - cdhowie

我可以使它可变，但我希望有一种遵循函数式编程原则的方法来实现这一点。 - Alex

add_to_end 应该返回一个新的 Vec 吗？看起来它实际上是 let mut result = output_vec.clone(); result.push(new_element)。 - Herohtar

@Alex，你已经在示例代码中尝试使用了类似于Vec::push()的等效方法，这不是纯函数式的。你会发现，在Rust中，由于其借用系统，纯函数式方法并不适用。此外，请注意，与诸如JavaScript或Java这样的语言不同，你实际上从未真正拥有一个对象（而是总是拥有引用），但在Rust中，你可以拥有一个对象本身，这就是 output_vec 所代表的。你不必担心不要改变不属于你的对象，因为output_vec属于该函数，因为它是按值获取的。 - cdhowie

我在质疑这个限制的理由，因为我认为这不是一个有用的限制，并且反映了对 Rust 中所有权概念的误解。 - cdhowie

Answer 1

你将Rust和一种只有对象引用的语言混淆了。在Rust中，代码可以对对象拥有独占所有权，因此您不需要像处理可能共享的对象时那样小心，因为您知道该对象是否被共享。

例如，以下是有效的JavaScript代码：

const a = [];
a.push(1);

这能正常工作是因为a不包含数组，它包含一个指向数组的引用。¹ const防止a被指向到另一个对象，但它不会使数组本身成为不可变的。

所以，在这些类型的语言中，纯函数式编程试图避免任何状态的变异，例如将项目推送到作为参数接受的数组中：

function add_element(arr) {
  arr.push(1); // Bad! We mutated the array we have a reference to!
}

相反，我们会这样做：

function add_element(arr) {
  return [...arr, 1]; // Good! We leave the original data alone.
}

在 Rust 中，根据您的函数签名，您拥有的是完全不同的场景！在您的情况下，output_vec 是由函数本身拥有的，程序中没有其他实体可以访问它。因此，如果这是您的目标，就没有理由避免对其进行变异：

fn get_user_input(mut output_vec: Vec<String>) -> Vec<String> {
//       Add mut  ^^^

请记住，任何非引用值都是所拥有的值。&Vec<String> 是对某个其他元素拥有的向量的不可变引用，但 Vec<String> 是这段代码拥有的向量，没有其他人可以访问。

不信？下面是一个简单的破坏性代码示例：

fn take_my_vec(y: Vec<String>) { }

fn main() {
    let mut x = Vec::<String>::new();
    
    x.push("foo".to_string());
    
    take_my_vec(x);
    
    println!("{}", x.len()); // E0382
}

x.len()导致编译时错误，因为向函数参数中传递的向量x已被移动，我们不再拥有它。

那么为什么函数不能变异它现在所拥有的向量呢？调用者无法再使用它了。

综上所述，在Rust中，函数式编程看起来有些不同。在其他没有办法通信“我正在给你这个对象”的语言中，必须避免变异您收到的值，因为调用者可能不希望您更改它们。在Rust中，谁拥有一个值是清楚的，并且参数反映了这一点：

- 参数是值(Vec<String>)吗？函数现在拥有该值，调用者已经放弃并且不能再使用它。如果需要，请对其进行变异。 - 参数是不可变引用(&Vec<String>)吗？函数不拥有它，并且无法变异它，因为Rust不允许。您可以克隆它并使克隆变异。 - 参数是可变引用(&mut Vec<String>)吗？调用者必须明确给出一个可变引用，因此授权给函数变异它——但函数仍然不拥有该值。函数可以变异它、克隆它或两者都可以——这取决于函数的预期行为。

如果按值接受参数，则没有多少理由不对其进行mut，如果因任何原因需要更改它。请注意，此详细信息(函数参数的可变性)甚至不是函数的公共签名的一部分，因为这不是调用方的业务。他们已经放弃了该对象。

请注意，在具有类型参数的类型(如Vec)中，还可以使用其他所有权表达式。以下是一些示例(这不是详尽无遗的列表):

- Vec<&String>: 您现在拥有一个向量，但您不拥有其中包含的引用到String对象。 - &Vec<&String>: 您被授予对字符串引用向量的只读访问权限。您可以克隆这个向量，但仍然不能更改字符串，例如只能重新排列它们。 - &Vec<&mut String>: 您被授予对可变字符串引用向量的只读访问权限。你不能重新排列字符串，但你可以更改字符串本身。 - &mut Vec<&String>: 类似于上面但相反: 您被允许重新排列字符串引用，但不能更改字符串。

¹一个好的思考方式是，在JavaScript中，非原始值总是Rc<RefCell<T>>的值，因此您正在传递一个具有内部可变性的对象句柄。 const仅使Rc<>不可变。

- cdhowie

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如果将列表或数组作为值传递给函数，调用函数如何停止拥有它？是否只是发生了隐式克隆？ - user5536315

@IvenMarquardt 不是的，该值被移动到函数参数中，调用者不再拥有它。除非将其移动到其他位置（例如通过返回），否则该值将在函数返回时被销毁。在我的示例代码中，在调用take_my_vec(x)之后，局部变量x可以被认为是“未初始化”的。（由于x是mut，您可以将另一个向量分配给它，然后再次使用该变量，但曾经在x中的向量已转移到函数参数中。） - cdhowie

@IvenMarquardt 有一个内置函数 std::mem::drop()。这个函数的目的是销毁你不再需要的值，释放与之相关的任何内存分配或其他资源（文件/网络句柄等）。它是如何做到的呢？这个函数的定义是字面意思上的 pub fn drop<T>(_x: T) { }。这里没有什么魔法--该值被销毁是因为你将其移动到函数参数中，函数立即返回，销毁该值，因为它现在是所有者，拥有变量正在超出范围。 - cdhowie

@cdhowie 我希望我能给这个详细解释20个赞！太棒了！非常感谢。 - Nirmalya