如何理解返回另一个函数的 Rust 函数？

Question

在阅读有关Rust的文章时，我遇到了一个例子函数，它接受一个数字并返回一个将该数字加到另一个数字的函数。

fn higher_order_fn_return<'a>(step_value: &'a i32) -> Box<Fn(i32) -> i32 + 'a> {
    Box::new(move |x: i32| x + step_value)
}

这里有很多Rust特定的机制，我无法理解。我确定其中一些与生命周期管理有关，但为什么必须以这种方式编写仍然不清楚。以下是几个问题：

• 为什么将step_value作为引用传递？
• 为什么返回函数需要使用boxed？
• 如何解释非常规的函数类型写法（如Fn(i32) -> i32 + 'a）？
• 'a为什么要写成泛型（<'a>），但在返回类型中又被“添加”（+ 'a）？
• move的含义是什么，这里移动了什么？

- user8370684

Answer 1

有一个禁止提问多个问题的规定，但由于所有问题都属于“这段代码的含义是什么”，所以我不会抱怨。此外，它确实将相当多的奇怪之处压缩成了一个相对较小、不太常见的片段。

为什么要将 step_value 作为引用传递？

不知道。它就是这样。如果按值传递，不会显著改变代码的语义。但它正在被引用传递，这就是所有其他与生存期相关的问题的原因。

为什么返回的函数被封装？

它没有返回函数。函数由 fn 定义。它返回一个闭包。问题在于每个闭包实际上都是一个匿名类型的实例（有时称为“伏地魔类型”），出于性能原因。匿名类型是个问题，因为你不能给它们命名，但你必须给你的返回类型命名。

绕过此问题的方法是返回一个特质对象。在这种情况下，它返回一个Fn。还有FnMut和FnOnce。它返回了一个盒装对象，因为裸的特质对象不能按值传递，所以特质对象总是在某种指针的后面（可以是Box，&，Rc等）。

它们不能按值传递，因为编译器无法计算出它的大小，这使得它们的移动几乎不可能。之后，逻辑的训练直接进入了“编译器如何实现”的领域，这在此处有些超出范围。

如何解释非常规的函数类型写法（如Fn(i32) -> i32 + 'a）？

对于Rust来说，这并不不寻常。其他语言如何做与此无关。

让我们暂时忽略+ 'a，因为那实际上是另一回事。 Fn(i32) -> i32是重要的部分。 Rust中的每个“可调用”对象都实现了一个或多个Fn，FnMut和FnOnce trait，这就是Rust表达能够调用某些东西的方式。括号内的内容是参数，->后面的内容是返回类型，就像函数一样。

您可以在问题"When does a closure implement Fn, FnMut and FnOnce?"中了解有关这些trait的更多信息。

由于生命周期是类型系统的一部分，因此首先它们会放在泛型参数列表中（即<...>内的内容）。

其次，编译器需要理解 Box 中的特质对象存在的有效期。如果你有一个 Box<SomeTrait>，编译器会允许该值存在多久？通常，这些信息都应包含在类型中，但如果使用了特质，则编译器不知道使用的是哪种类型。记住，你可以从任何一个实现了 SomeTrait 的 Box<T> 创建一个 Box<SomeTrait>。

在这种情况下，闭包将保持对 step_value 的借用，这意味着它不能超出该借用的生命周期（也就是 'a 生命周期）。但如果类型仅为 Box<Fn(i32) -> i32>，则编译器无法获得该信息。因此，有一种语法可指定某个类型隐藏在特质对象之后时，它不会超出给定的生命周期。

这就是+ 'a的含义：“这是一个实现了Fn(i32) -> i32 trait的封装值，它不能超出生命周期'a”。通常情况下，编译器会尝试猜测如何使闭包起作用，但并不总是正确的。在可能的情况下，它会尝试借用闭包捕获的内容。因此，当你在闭包内使用step_value时，编译器通常只会借用它。这本来不是问题，除了你要将闭包返回到函数外部。这种自动借用只能持续函数的生命周期，而这不够长。为了解决这个问题，你可以将step_value 移动到闭包中，而不是借用它。如果你在Box<Trait + 'a>中不写+ 'a，通常会发生什么？

实际上，编译器在这里有一个启发式的方法。默认情况下，每个特质对象都有一个附加的生命周期。它继承自包装它的指针。因此，&'a Trait 实际上是&'a (Trait + 'a)。Box没有自己的生命周期参数，因此它得到了static (即Box是Box)，这意味着默认情况下，盒装特质对象不能包含任何非static借用。

- DK.

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step_value是按引用传递的，仅仅是为了展示一个具有非平凡生命周期的例子。 - Boiethios

Answer 2

为什么将step_value作为引用传递？

没有很好的理由。按值传递可以让一切变得更简单。但是，所讨论的示例可能之所以这样做，是因为你不能对每种类型都这样做，只能对那些是Copy的类型这样做。

为什么要返回函数的封装对象？

无法命名 lambda 的类型，因此无法从函数返回它。因此，必须返回一个特质对象（Fn 是一个特质），为此需要一个盒子。（使用 impl Trait 后，您将不再需要盒子。）

如何解释非常规的函数类型写法（如Fn(i32) -> i32 + 'a）？ Fn 有一点语法糖，其中语法 Fn(arg1, arg2) -> ret 是简写（我认为）Fn<(arg1, arg2), Output=ret>。上面的+比错误优先级低，并不是Fn 约束的一部分；相反，它是一种约束组合，意味着Box中的类型既必须是Fn(i32) -> i32，又必须具有生命周期'a。

为什么将'a写成泛型（<'a>），但在返回类型中“添加”（+ 'a)？

生命周期参数必须在函数（或类型）的通用参数部分中声明，因此需要<'a>。然后它出现在参数的引用类型中（& 'a i32），最后作为Box中的附加约束。 move的含义是什么，这里移动了什么？

它使闭包成为移动闭包，这意味着它捕获的内容被移动到闭包中，而不是通过引用捕获。但请注意，在此示例中，被移动的是一个引用，即step_value本身！

- Sebastian Redl