【Rust自学】13.5. 迭代器 Pt.1：迭代器的定义、iterator trait和next方法

news2025/1/19 6:15:24

13.5.0. 写在正文之前

Rust语言在设计过程中收到了很多语言的启发，而函数式编程对Rust产生了非常显著的影响。函数式编程通常包括通过将函数作为值传递给参数、从其他函数返回它们、将它们分配给变量以供以后执行等等。

在本章中，我们会讨论 Rust 的一些特性，这些特性与许多语言中通常称为函数式的特性相似：

闭包
迭代器（本文）
使用闭包和迭代器改进I/O项目
闭包和迭代器的性能

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13.5.1. 什么是迭代器

提到迭代器，就得先讲迭代器模式。迭代器模式允许你依次对一系列项里的每一个元素执行某些任务。 而在这个过程中，迭代器负责：

遍历每个项
确定序列（的遍历）何时完成

Rust的迭代器是懒惰的(lazy)：除非调用消费迭代器的方法，否则迭代器本身没有任何效果。这句话的意思大致是如果你在代码里写了迭代器但没有用到，那么迭代器就相当于什么都没干。

看个例子：

fn main() {
	let v1 = vec![1, 2, 3];
	let v1_iter = v1.iter();
}

v1是一个Vector，v1.iter()就是在给v1产生了一个迭代器，赋给了v1_iter，但是目前v1_iter没有被使用，所以迭代器可以被看作没有任何效果。

那我们使用迭代器来遍历：

fn main() {
	let v1 = vec![1, 2, 3];
	let v1_iter = v1.iter();
	for val in v1_iter {
		println!("Got: {}", val);
	}
}

这就相当于迭代器里的每个元素都被用在了一次循环里。

13.5.2. Iterator trait

所有的迭代器都实现了Iterator trait。这个trait定义在标准库之下，定义大致如下：

pub trait Iterator {
    type Item;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;

    // methods with default implementations elided
}

这里面涉及两个新语法：type item和Self::Item，这两个语法定义了与这个trait关联的类型，这部分放在以后的文章讲。现在你需要知道的就是实现Iterator trait需要你定义一个Item类型，它用于next方法的返回类型（迭代器的返回类型）。

iterator这个trait仅要求实现一个方法——next。next方法每次调用迭代器它都会返回迭代器中的一项，也就是迭代器中的一个元素，而由于返回类型是Option，所以返回的结果会被包裹在Option下的Some变体里。如果迭代结束，就会返回Option下的None。

实际使用时可以直接在迭代器上调用next方法，看个例子：

#[cfg(test)]
mod tests {
    #[test]
    fn iterator_demonstration() {
        let v1 = vec![1, 2, 3];

        let mut v1_iter = v1.iter();

        assert_eq!(v1_iter.next(), Some(&1));
        assert_eq!(v1_iter.next(), Some(&2));
        assert_eq!(v1_iter.next(), Some(&3));
        assert_eq!(v1_iter.next(), None);
    }
}

v1是一个Vector，v1_iter是v1的迭代器，由于下面的操作会被视为修改迭代器内容所以得加mut关键字声明为可用。
assert_eq!(v1_iter.next(), Some(&1));这句话是第一次调用next,就会返回Vector里第一个元素，用Some包裹，也就是Some(&1)，这里是&1是因为迭代器的返回值是被Option类型包裹的不可变引用。
assert_eq!(v1_iter.next(), Some(&2));是第二次调用next，就会返回Vector里第二个元素，用Some包裹，也就是Some(&2)
以此类推…
在迭代器上调用next方法会更改迭代器用于跟踪其在序列中位置的内部状态。换句话说，每一次调用就是消耗了这个迭代器里一个元素。而13.5.1中例子的for循环不需要mut是因为for循环实际上取得了v1_iter的所有权。