Rust 提供了强大的类型系统，但在可迭代特性上仍有一些可改进之处。
本文将讨论 Collection 和 Iterable 特性的定义与实现，以及它们在提升代码通用性与可复用性上的作用。
背景
在 Rust 的核心库中，我们已经有了 Iterator 和 IntoIterator 特性。
然而，对于可以多次迭代的集合类型（Collection）或通用的可迭代类型（Iterable），目前还缺乏统一的特性支持。
我们将深入探讨这些特性的重要性和实现方式。
核心概念
Iterator
Iterator 特性用于逐步遍历集合中的元素或计算结果。它是一种懒加载模型，仅在调用消费方法时才执行计算。
常见的 Iterator 方法包括：
- 迭代器到迭代器的转换：
filter、map、flat_map。 - 迭代器的消费方法：
collect、reduce、fold。
let numbers = vec![1, 2, 3];
let doubled: Vec<_> = numbers.iter().map(|x| x * 2).collect();
println!("{:?}", doubled); // [2, 4, 6]
IntoIterator
IntoIterator 特性允许将类型转换为迭代器：
pub trait IntoIterator {
type Item;
type IntoIter: Iterator<Item = Self::Item>;
fn into_iter(self) -> Self::IntoIter;
}
它支持三种实现方式：
- 消费自身：
x.into_iter()。 - 消费不可变引用：
(&x).into_iter()。 - 消费可变引用：
(&mut x).into_iter()。
定义 Collection 和 Iterable 特性
Collection 和 CollectionMut 特性
Collection 表示可以反复生成共享引用迭代器的集合，CollectionMut 进一步扩展为支持生成可变引用迭代器。
trait Collection {
type Item;
type Iter<'i>: Iterator<Item = &'i Self::Item>
where
Self: 'i;
fn iter(&self) -> Self::Iter<'_>;
}
trait CollectionMut: Collection {
type IterMut<'i>: Iterator<Item = &'i mut Self::Item>
where
Self: 'i;
fn iter_mut(&mut self) -> Self::IterMut<'_>;
}
通过 IntoIterator 的实现，可以简洁地为所有符合条件的集合实现这些特性：
impl<X> Collection for X
where
X: IntoIterator,
for<'a> &'a X: IntoIterator<Item = &'a <X as IntoIterator>::Item>,
{
type Item = <X as IntoIterator>::Item;
type Iter<'i> = <&'i X as IntoIterator>::IntoIter;
fn iter(&self) -> Self::Iter<'_> {
<&X as IntoIterator>::into_iter(self)
}
}
impl<X> CollectionMut for X
where
X: IntoIterator,
for<'a> &'a mut X: IntoIterator<Item = &'a mut <X as IntoIterator>::Item>,
{
type IterMut<'i> = <&'i mut X as IntoIterator>::IntoIter;
fn iter_mut(&mut self) -> Self::IterMut<'_> {
<&mut X as IntoIterator>::into_iter(self)
}
}
Iterable 特性
Iterable 是对更广泛可迭代类型的定义，支持生成值迭代器，而不是引用迭代器。
trait Iterable {
type Item;
type Iter: Iterator<Item = Self::Item>;
fn iter(&self) -> Self::Iter;
}
实现方式如下：
impl<'a, X> Iterable for &'a X
where
&'a X: IntoIterator,
{
type Item = <&'a X as IntoIterator>::Item;
type Iter = <&'a X as IntoIterator>::IntoIter;
fn iter(&self) -> Self::Iter {
self.into_iter()
}
}
示例
Collection 示例
以下示例展示了如何使用 Collection 计算集合的统计信息：
fn statistics(numbers: &impl Collection<Item = i64>) -> Stats {
let count = numbers.iter().count() as i64;
let mean = numbers.iter().sum::<i64>() / count;
let sum_sq_errors: i64 = numbers.iter().map(|x| (x - mean) * (x - mean)).sum();
let std_dev = f64::sqrt(sum_sq_errors as f64 / (count - 1) as f64) as i64;
Stats { count: count as usize, mean, std_dev }
}
支持的集合类型包括：
- 数组和向量
- 标准库集合（如
HashSet、VecDeque） - 第三方集合（如
SmallVec、ArrayVec）
CollectionMut 示例
以下示例展示了如何使用 CollectionMut 修改集合中的元素：
fn increment_by_sum(numbers: &mut impl CollectionMut<Item = i32>) {
let sum: i32 = numbers.iter().sum();
for x in numbers.iter_mut() {
*x += sum;
}
}
Iterable 示例
以下示例展示了使用 Iterable 的灵活性，包括对范围和自定义生成器的支持：
fn statistics(numbers: impl Iterable<Item = i64>) -> Stats {
/* 与 Collection 示例相同 */
}
statistics(7..21); // 支持范围
statistics(FibUntil(10)); // 自定义生成器
优势与结论
优势
- 自动实现：无需额外配置，集合类型可以自动实现
Collection和CollectionMut。 - 广泛适用：支持标准集合、自定义集合和生成器类型。
- 灵活性：通过
Iterable扩展了迭代器的应用范围。
总结
通过引入 Collection 和 Iterable 特性，我们显著提升了代码的复用性和通 用性。
Rust 的类型系统为实现这些特性提供了极大的便利，再次展现了其强大的能力 ❤️🦀。
