Rust 閉包的蟲洞穿梭
1. 閉包是什么
閉包(Closure)的概念由來已久。無論哪種語言，閉包的概念都被以下幾個特征共同約束：
- 匿名數函(非獨有，函數指針也可以);
- 可以調用閉包，并顯式傳遞參數(非獨有，函數指針也可以);
- 以變量形式存在，可以傳來傳去(非獨有，函數指針也可以);
- 可以在閉包內直接捕獲并使用定義所處作用域的值(獨有);
神奇的是最后一點，理解起來也比較別扭的，習慣就好了。
為了說明上述特征，可以看一個Rust例子。
- fn display<T>(age: u32, print_info: T)
- where T: Fn(u32)
- { print_info(age);}fn main() {
- let name = String::from("Ethan");
- let print_info_closure = |age|{
- println!("name is {}", name);
- println!("age is {}", age);
- }; let age = 18;
- display(age, print_info_closure);}
運行代碼：
- name is Ethan
- age is 18
首先，閉包作為匿名函數存在了print_info_closure棧變量中，然后傳遞給了函數display作為參數，在display內部調用了閉包，并傳遞了參數age。最后神奇的事情出現了：在函數display中調用的閉包居然打印出了函數main作用域中的變量name。
閉包的精髓，就在于它同時涉及兩個作用域，就仿佛打開了一個"蟲洞"，讓不同作用域的變量穿梭其中。
- let x_closure = ||{};
單獨一行代碼，就藏著這個奧妙：
- 賦值=的左側，是存儲閉包的變量，它處在一個作用域中，也就是我們說的閉包定義處的環境上下文;
- 賦值=的右側，那對花括號{}里，也是一個作用域，它在閉包被調用處動態產生;
無論左側右側，都定義了閉包的屬性，天然的聯通了兩個作用域。
對于閉包，Rust如此，其他語言也大抵如此。不過，Rust不是還有所有權、生命周期這一檔子事兒么，所以還可以深入分析下。
2. Rust閉包捕獲上下文的方式
Rust閉包如何捕獲上下文?
換個問法，main作用域中的變量name是以何種方式進入閉包的作用域的(第1節例子)?轉移or借用?
It Depends，視情況而定。
Rust在std中定義了3種trait：
- FnOnce：閉包內對外部變量存在轉移操作，導致外部變量不可用(所以只能call一次);
- FnMut：閉包內對外部變量直接使用，并進行修改;
- Fn：閉包內對外部變量直接使用，不進行修改;
后者能辦到的，前者一定能辦到。反之則不然。所以，編譯器對閉包簽名進行推理時：
- 實現FnMut的，同時也實現了FnOnce;
- 實現Fn的，同時也實現了FnMut和FnOnce。
第1節的例子，將display的泛型參數從Fn改成FnMut，也可以無警告通過。
- fn display<T>(age: u32, mut print_info: T)
- where T: FnMut(u32)
- { print_info(age);}
對環境變量進行捕獲的閉包，需要額外的空間支持才能將環境變量進行存儲。
3. 作為參數的閉包簽名
上面代碼display函數定義，要接受一個閉包作為參數，揭示了如何顯式的描述閉包的簽名：在泛型參數上添加trait約束，比如T: FnMut(u32)，其中(u32)顯式的表示了輸入參數的類型。盡管是泛型參數約束，但是函數簽名(除了沒有函數名)描述還是非常精確的。
順便說一句，Rust的泛型真的是干了不少事情，除了泛型該干的，還能添加trait約束，還能描述生命周期。
描述簽名是一回事，但是誰來定義閉包的簽名呢?閉包定義處，我們沒有看到任何的類型約束，直接就可以調用。
答案是：閉包的簽名，編譯器全部一手包辦了，它會將首次調用閉包傳入參數和返回值的類型，綁定到閉包的簽名。這就意味著，一旦閉包被調用過一次后，再次調用閉包時傳入的參數類型，就必須是和第一次相同。
傳入參數和返回值類型綁定好了，但你心中難免還會有一絲憂愁：描述生命周期的泛型參數腫么辦?
Rust編譯器也搞得定。
- fn main(){
- let lifttime_closure = |a, b|{
- println!("{}", a);
- println!("{}", b);
- b }; let a = String::from("abc");
- let c;
- { let b = String::from("xyz");
- c = lifttime_closure(&a, &b); } println!("{}", c);
- }
以上代碼無法通過編譯，成功檢測出了懸垂引用：
- error[E0597]: b does not live long enough
顯然，對于閉包，編譯期可以對引用的生命周期進行檢查，以保證引用始終有效。
這個例子，與其解釋閉包與函數的區別，不如解釋匿名函數與具名函數的區別：
- 具名函數是簽名在先的，對于編譯器來說，調用方和函數內部實現，只要分別遵守簽名的約定即可。
- 匿名函數的簽名則是被推理出來的，編譯器要看全看透調用方的實際輸入，以及函數內部的實際返回，檢查自然也就順帶做掉了。
4. 函數返回閉包
第1節的例子，我們將一個閉包作為函數參數傳入，那么根據閉包的特性，它應該能夠作為函數的返回值。答案是肯定的。
基于前面介紹的Fn trait，我們定義一個返回閉包的函數，代碼如下：
- fn closure_return() -> Fn() -> (){
- ||{} }
可是，編譯失敗了：
- error[E0746]: return type cannot have an unboxed trait object
- doesn't have a size known at compile-time
失敗信息顯示，編譯器無法確定函數返回值的大小。一個閉包有多大呢?并不重要。
開門見山，通用的解決方法是：為了能夠返回閉包，可以使用一次裝箱，從而將棧內存變量裝箱存入堆內存，這樣無論閉包有多大，函數返回值都是一個確定大小的指針。下面的代碼里，使用Box::new即可完成裝箱。
- fn closure_inside() -> Box<dyn FnMut() -> ()>
- { let mut age = 1;
- let mut name = String::from("Ethan");
- let age_closure = move || {
- name.push_str(" Yuan");
- age += 1;
- println!("name is {}", name);
- println!("age is {}", age);
- }; Box::new(age_closure)
- }fn main(){
- let mut age_closure = closure_inside();
- age_closure(); age_closure();}
運行結果如下：
- name is Ethan Yuan
- age is 2
- name is Ethan Yuan Yuan
- age is 3
上面的代碼，除了讓函數成功返回閉包之外，還有一個目的，我們想讓閉包捕獲函數內部環境中的值，但這次有些不同：
- 第1節代碼示例，我們把外層的環境上下文，通過將閉包傳入內層函數，這個不難理解，因為外層變量的生命周期更長，內層函數訪問時，外層變量還活著;
- 而本節代碼所做的，是通過閉包將內層函數的環境變量傳出來給外層環境;
內層函數調用完成后就會銷毀內層環境變量，那如何做到呢?幸好，Rust有所有權轉移。只要能促成內層函數的環境變量向閉包進行所有權的轉移，這個操作順理成章。
正因為Rust具有所有權轉移的概念，返回閉包(同時捕獲環境變量)的機理，Rust的要比任何具有垃圾回收語言(JavaScript、Java、C#)的解釋都更簡單明了。后者總會給人一絲不安：內部函數調用都結束了，居然局部變量還活著。
代碼中的所有權轉移，這里使用了關鍵字move，它可以在構建閉包時，強制將要捕獲變量的所有權轉移至閉包內部的特別存儲區。需要注意的是，使用move，并不影響閉包的trait，本例中可以看到閉包是FnMut，而不是FnOnce。
