在 Rust 中，`fn() -> ()` 是什么？

Question

我了解大写字母F的三个trait： Fn, FnMut, FnOnce。我知道它们是trait并且像trait一样工作。

但是小写字母f的fn呢？编辑器对它进行了不同的着色，这告诉我它不是一个trait。它还可以在某些其他trait无法使用的地方使用（反之亦然），虽然在其他情况下似乎表现类似。我在文档中找不到直接解释它的任何内容。

- brundolf

Answer 1

Rust有三种类似函数的类型:

1. 当你使用fn foo() {...}创建函数时，你得到的是函数项(Function items)。它还是元组结构体或枚举变体的构造函数的类型。函数项大小为零(不包含数据)，每个非泛型函数都有一个独特的、无法命名的函数项类型。在错误消息中，编译器将这些"伏地魔类型(Voldemort types)"显示为类似于fn() -> () {foo}(函数名称在{}中)的形式。
2. 闭包(Closures)是类似于函数项的值，但闭包可以包含数据：它们从它们的环境中捕获的变量的副本或引用。如你所知，你可以使用闭包语法(|args| expression)来创建一个闭包。与函数项一样，闭包也有独特的、无法命名的类型(编译器呈现的形式类似于[closure@src/main.rs:4:11: 4:23])。

函数指针（Function pointers） 就是您所询问的类型，它们看起来像 fn() -> ()。函数指针不能包含数据，但它们不是零大小；正如其名称所示，它们是指针。函数指针可以指向函数项或未捕获任何内容的闭包，但不能为 null。

当可能时，函数项和闭包会自动转换为相关的函数指针类型，因此 let f: fn(i32) = |_| (); 可以工作：因为闭包未捕获任何内容，所以它可以强制转换为函数指针。

所有三种类似函数的类型都实现了相关的 Fn、FnMut 和 FnOnce 特性（除了闭包可能不实现 Fn 或 FnMut，这取决于它们捕获了什么）。函数项和函数指针也实现了 Copy、Clone、Send 和 Sync（只有当闭包的全部内容都实现这些特性时，闭包才会实现这些特性）。

从性能上来看，函数指针在泛型和特质对象之间是一种妥协。它们必须被取消引用才能被调用，因此调用函数指针可能比直接调用函数项或闭包要慢，但仍然比调用 dyn Fn trait 对象快，因为后者还需要进行虚表查找以及间接调用。然而，在实际代码中有许多变量会使得浅显的分析变得复杂；如果性能差异对你很重要，你应该测量它而不是猜测哪个更快。

参考资料：

• fn项和fn指针之间的实际区别是什么？
• 为什么设计一种具有唯一匿名类型的语言？
• 如何创建一个包含可空函数指针的FFI结构体？
• 为什么将闭包传递给接受函数指针的函数不起作用？

- trent

Answer 2

这是一个函数指针类型。

它仅引用函数，而不是闭包，因为它只包含函数的地址，而不是闭包所需的捕获环境。

Fn trait（大写F）既可以引用闭包也可以引用函数。

- prog-fh

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我能将闭包转换为 fn。不过，这可能会隐式地禁止它捕获任何东西。 - brundolf

@brundolf 你猜对了，一个不捕获任何东西的闭包实际上就是一个函数。 - prog-fh

Answer 3

fn 是函数指针的类型。在文档中也可以看到这里： https://doc.rust-lang.org/std/primitive.fn.html

- Nick Decroos