Rust語言從入門到精通系列之Iterator迭代器深入詳解
在Rust語言中，迭代器（Iterator）是一種極為重要的數(shù)據(jù)類型，它們用于遍歷集合中的元素。Rust中的大多數(shù)集合類型都可轉(zhuǎn)換為一個(gè)迭代器，使它們可以進(jìn)行遍歷，這包括數(shù)組、向量、哈希表等。
使用迭代器可以讓代碼更加簡潔優(yōu)雅，并且可以支持一些強(qiáng)大的操作，例如過濾、映射和折疊等。
在本文中，我們將探討Rust語言中的迭代器的相關(guān)知識(shí)，并且以我們的老朋友Animal為例，提供相關(guān)的示例代碼。
熟悉Java的Stream和Lambda的同學(xué)，學(xué)習(xí)本章節(jié)時(shí)，會(huì)格外的感覺“親切”。
迭代器的基本概念
迭代器是什么？
在Rust中，迭代器是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Iterator trait的類型。該trait定義了一組行為，用于支持遍歷集合中的元素。通過實(shí)現(xiàn)Iterator trait，類型可以被轉(zhuǎn)換為一個(gè)迭代器，從而支持Iterate的操作。
Iterator trait
Iterator trait 定義了迭代器的核心行為，它包含了next方法和一些其他方法。next方法返回集合中下一個(gè)元素的Option值，直到集合中所有的元素都被遍歷完畢，返回None。
除了next方法之外，Iterator trait 還定義了其他許多有用的方法，比如map、filter等，這些方法可以對(duì)迭代器中的元素進(jìn)行操作和轉(zhuǎn)換。
pub trait Iterator {
type Item;
fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
// 多種內(nèi)置實(shí)現(xiàn)方法, skip, map, reduce, collect
// 和Java中的Stream內(nèi)置方法非常類似.
}
Animal示例
接下來我們探討實(shí)現(xiàn)一個(gè)Animal迭代器，Animal實(shí)現(xiàn)Iterator trait，使其可以通過迭代器遍歷Animal的各個(gè)屬性。 以下是Animal類型的定義：
#[derive(Debug)]
struct Animal {
name: String,
age: u32,
kind: String,
i:i32,
}
我們可以在Animal上實(shí)現(xiàn)Iterator trait，使其可以通過for循環(huán)進(jìn)行迭代。
impl Iterator for Animal {
type Item = String;
fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
let next_attribute = match self.i {
0 => Some(self.name.clone()),
1 => Some(self.age.to_string()),
2 => Some(self.kind.clone()),
_ => None,
};
self.i += 1;
next_attribute
}
}
此時(shí)，我們已經(jīng)將我們的類型轉(zhuǎn)換為迭代器，我們就可以在它上面調(diào)用各種Iterator trait 的方法。例如，我們可以使用for循環(huán)遍歷Animal對(duì)象的每一個(gè)屬性：
#[derive(Debug)]
struct Animal {
name: String,
age: u32,
kind: String,
i:i32,
}
impl Iterator for Animal {
type Item = String;
fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
let next_attribute = match self.i {
0 => Some(self.name.clone()),
1 => Some(self.age.to_string()),
2 => Some(self.kind.clone()),
_ => None,
};
self.i += 1;
next_attribute
}
}
fn main() {
let mut animal = Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
};
println!("Name: {}", animal.next().unwrap());
println!("Age: {}", animal.next().unwrap());
println!("Kind: {}", animal.next().unwrap());
}
// 輸出結(jié)果：
// Name: Tom
// Age: 15
// Kind: cat
在上述代碼中，我們定義了一個(gè)Animal類型的Iterator，并定義了一個(gè)名為i的內(nèi)部狀態(tài)變量。該變量用于追蹤遍歷的進(jìn)度，并決定下一個(gè)迭代器值的內(nèi)容。最終成功打印了animal的全部信息。
下面繼續(xù)我們的學(xué)習(xí)，定一個(gè)Animal向量并遍歷打印每一個(gè)Animal的所有屬性：
fn print_all_attributes(animals: Vec<Animal>) {
for mut animal in animals {
println!("Name: {}", animal.next().unwrap());
println!("Age: {}", animal.next().unwrap());
println!("Kind: {}", animal.next().unwrap());
}
}
fn main() {
let animals = vec![Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
}];
print_all_attributes(animals);
}
// 輸出結(jié)果：
// Name: Tom
// Age: 15
// Kind: cat
在上述代碼中，我們使用for循環(huán)來遍歷所有的Animal對(duì)象，并逐一打印它們的屬性。
迭代器的常見用法
map方法
map方法是Iterator trait 中非常重要的一個(gè)方法，它可以讓我們對(duì)迭代器中的每一個(gè)元素進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作，并返回新的迭代器。例如：
fn main() {
let animals = vec![Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
}, Animal {
name: "Jerry".to_string(),
age : 7,
kind: "mouse".to_string(),
i : 0
}];
let list: Vec<String> = animals
.into_iter()
.map(|ani| ani.name.clone())
.collect();
println!("{:?}", list)
}
// 輸出 ["Tom", "Jerry"]
上述代碼中，我們定義了一個(gè)包含2個(gè)的向量animals，并使用iter方法將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)迭代器。然后，我們使用map方法對(duì)這個(gè)迭代器中的Animal的name操作，返回一個(gè)新的迭代器，并使用collect方法將其轉(zhuǎn)換為向量list。
filter方法
假設(shè)我們現(xiàn)在想尋找年齡大于等于3歲的動(dòng)物，我們可以使用filter方法來實(shí)現(xiàn)。
fn main() {
let animals = vec![Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
}];
let filtered_animals: Vec<Animal> = animals
.into_iter()
.filter(|animal| animal.age >= 3)
.collect();
println!("{:?}", filtered_animals)
}
// 輸出結(jié)果：
// [Animal { name: "Tom", age: 15, kind: "cat", i: 0 }]
在上述代碼中，我們使用into_iter方法將Animal向量轉(zhuǎn)換為迭代器，并使用filter方法過濾其中年齡大于等于3歲的動(dòng)物，最終返回一個(gè)新的Animal向量。
enumerate方法
enumerate方法會(huì)將一個(gè)迭代器中的元素和它們的索引配對(duì)，并返回一個(gè)新的迭代器。例如：
fn main() {
let animals = vec![Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
}, Animal {
name: "Jerry".to_string(),
age : 7,
kind: "mouse".to_string(),
i : 0
}];
for (i, animal) in animals.iter().enumerate() {
println!("{}: {:?}", i, animal);
}
}
// 輸出：
// 0: Animal { name: "Tom", age: 15, kind: "cat", i: 0 }
// 1: Animal { name: "Jerry", age: 7, kind: "mouse", i: 0 }
上述代碼中，我們定義了一個(gè)包含2個(gè)Animal的向量animals，并使用iter方法將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)迭代器。然后，我們使用enumerate方法將每Animal與其索引配對(duì)，并在for循環(huán)中打印出來。
flat_map方法
flat_map方法是Iterator trait 中比較少見的方法之一，它可以用于將嵌套的迭代器展開為單個(gè)迭代器。例如：
#[derive(Debug, Clone)]
struct Animal {
name: String,
age: u32,
kind: String,
i: i32,
}
fn main() {
let cat = Animal {
name: "Tom".to_string(),
age: 15,
kind: "cat".to_string(),
i: 0,
};
let mouse = Animal {
name: "Jerry".to_string(),
age: 7,
kind: "mouse".to_string(),
i: 0,
};
let animals = vec![vec![cat], vec![mouse]];
let list: Vec<Animal> = animals.iter().flat_map(|x| x.iter().cloned()).collect();
println!("{:?}", list)
}
// 輸出 [Animal { name: "Tom", age: 15, kind: "cat", i: 0 }, Animal { name: "Jerry", age: 7, kind: "mouse", i: 0 }]
上述代碼中，我們定義了一個(gè)二維向量animals，并使用iter方法將它轉(zhuǎn)換為迭代器。然后，我們使用flat_map方法將它展開為一個(gè)一維的迭代器，并使用collect方法將其轉(zhuǎn)換為向量list。
zip方法
如果我們需要同時(shí)遍歷兩個(gè)向量，我們可以使用zip方法進(jìn)行配對(duì)。
fn main() {
let names = vec!["Tom", "Jerry", "Bob"];
let ages = vec![3, 4, 5];
for (name, age) in names.iter().zip(ages.iter()) {
println!("{} is {} years old.", name, age);
}
}
// 輸出結(jié)果：
// Tom is 3 years old.
// Jerry is 4 years old.
// Bob is 5 years old.
上述代碼中，我們使用iter方法將names和ages向量轉(zhuǎn)換為迭代器，并使用zip方法對(duì)它們進(jìn)行配對(duì)。對(duì)于每一對(duì)元素，我們調(diào)用println!函數(shù)并打印它們。
fold方法
fold方法在Rust中也十分重要，它可以接受一個(gè)初始值和一個(gè)閉包，遍歷迭代器中的每一個(gè)元素，并將它們合并成單個(gè)值。例如：
fn main() {
let cat = Animal {
name: "Tom".to_string(),
age: 15,
kind: "cat".to_string(),
i: 0,
};
let mouse = Animal {
name: "Jerry".to_string(),
age: 7,
kind: "mouse".to_string(),
i: 0,
};
let animals = vec![cat, mouse];
let sum = animals.iter().fold(0, |t, ani| t + ani.age );
println!("{}", sum)
}
// 輸出 22
上述代碼中，我們定義了一個(gè)包含2個(gè)Animal的向量animals，并使用iter方法將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)迭代器。然后，我們使用fold方法對(duì)這個(gè)迭代器中的age進(jìn)行累加，并返回結(jié)果sum。
結(jié)論
迭代器是Rust語言中非常重要的數(shù)據(jù)類型，它們用于遍歷集合中的元素，并支持各種操作。在本教程中，我們探討了迭代器的基本概念和常見用法，以Animal為例子，提供了相應(yīng)的演示代碼。希望讀者能夠掌握Rust迭代器的相關(guān)內(nèi)容，并且在實(shí)際編程中得到應(yīng)用。
以上就是Rust語言從入門到精通系列之Iterator迭代器深入詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Rust Iterator迭代器的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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