Rust语言之迭代器

Rust迭代器

Rust语言内置了迭代器模式，用于实现对一个项的序列进行特定的处理，通常配合for循环使用。当我们使用for...in遍历一个容器向量时，其实就是在使用迭代器：

let vec = vec![1, 2, 3];for val in vec {println!("{} ", val);
}

为了方便开发者的使用，for...in表达式隐藏了很多迭代器的使用和实现细节，这些我们将在后面慢慢看到。

Rust迭代器的实现

Rust迭代器的实现基于两个关键的特型：Iterator和IntoIterator，在Rust中，迭代器指的是任何实现std::iter::Iterator特型的值，而IntoIterator用于生成某种类型的迭代器。

Iterator特型

Rust标准库中Iterator特型定义如下：

trait Iterator {type Item;  // 产生值的类型fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;   // 迭代器... //其它迭代器方法
}

Item是迭代器产生值的类型。next方法返回Option枚举值，当值为Some(v)时，v存储迭代器的下一个值；值为None时，表示序列终止。

IntoIterator特型

如果某种类型是可迭代的，那么它可以实现std::iter::IntoIterator特型。IntoIterator提供into_iter方法用于接收一个值，然后基于这个值返回一个迭代器。Rust标准库中IntoIterator特型定义如下：

trait IntoIterator where Self::IntoIter::Item == Self::Item {type Item;  // 产生值的类型type IntoIter: Iterator;    // 迭代器的类型fn into_iter(self) -> Self::IntoIter;   // 返回一个迭代器
}

IntoIter是迭代器自身的类型，Item是迭代器产生值的类型。接下来，我们再来看for循环。

for循环与迭代器

for循环的语法形式如下：

for loop_variable in collection {code()
}

这里，变量collections就是实现了Iterator和IntoIterator的类型。Rust在后台会对上述代码进行扩展，因此，for循环的实际执行代码如下：

{let mut _iter = std::iter::IntoIterator::into_iter(collections);loop {match _iter.next() {Some(loop_variable) => {code()},None => break,}}
}

可以看到，for循环的本质就是使用into_iterator()方法将一些集合类型转换为迭代器，再使用next()方法逐个遍历序列。

迭代器类型

Rust中大多数集合类型提供了不止一个IntoIterator的实现，可用来产生迭代项不可变引用、可变引用或者值类型的迭代器，对应方法和描述如下表：

方法	描述	等价形式
into_iter()	返回一个只读不可重入迭代器，迭代器元素的类型为 T	v.into_iter()
iter()	返回一个只读可重入迭代器，迭代器元素的类型为 &T	(&v).into_iter()
iter_mut()	返回一个可修改可重入迭代器，迭代器元素的类型为 &mut T	(&mut v).into_iter()

其中，要说明的是iter和iter_mut并不是属于某种特型的方法，它们是这些集合类型额外提供的方法，可以理解为是一种简化版的使用形式。

再看for循环

由于for循环会对其操作数应用into_iterator()方法，因此这三个实现就可以消费集合并取得其元素的所有权，以及支持迭代集合的不可变引用、可变引用：

for element in collection {}    等效于 for element in collection.into_iter() {}    // 执行后，collection所有权会被转移，无法再访问
for element in &collection {}   等效于  for element in collection.iter() {}
for element in &mut collection {} 等效于  for element in collection.iter_mut() {}

实现自定义迭代器

Rust中实现自定义迭代器本质上就是为自定义类型实现Iterator和IntoIterator特型。

方式一

struct Counter {max: i32,// `count` tracks the state of this iterator.count: i32,
}impl Counter {fn new(max: i32) -> Counter {Counter { count: -1, max: max }}
}impl Iterator for Counter {type Item = i32;fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {self.count += 1;if self.count < self.max {Some(self.count)} else {None}}
}// 使用for循环遍历迭代器使用
for i in Counter::new(10) {println!("{}", i);
}

方式二

struct Counter {max: i32,// No need to track the state, because this isn't an iterator.
}impl Counter {fn new(max: i32) -> Counter {Counter { max: max }}
}impl IntoIterator for Counter {type Item = i32;type IntoIter = std::ops::Range<Self::Item>;fn into_iter(self) -> Self::IntoIter {std::ops::Range{ start: 0, end: self.max }}
}for i in Counter::new(10) {println!("{}", i);
}

相关参考

• 《Rust程序设计》
• 《Rust程序设计语言》
• Rust 迭代器 Iterator：https://www.twle.cn/c/yufei/rust/rust-basic-iterator.html