Rust中的迭代器的使用：map轉換、filter過濾、fold聚合、chain連結

Pomelo_劉金發表於2023-04-12
RustFilterAI

什麼是迭代器

Rust中的迭代器是一種強大的工具，它提供了一種靈活、通用的方法來遍歷序列。迭代器是實現了Iterator trait的型別，並需要至少實現一個next函式，用於讓迭代器指向下一個迭代物件，並返回一個Option用於指示物件是否存在。

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

迭代器相比於for迴圈有一些優勢。首先，迭代器提供了一種靈活、通用的方法來迭代序列。它允許你使用各種方法來處理序列中的元素，例如map、filter、fold等。這些方法可以讓你更簡潔、更清晰地表達你的意圖。

此外，迭代器和Rust的所有權系統密切相連。這意味著你可以使用迭代器來安全地處理序列中的元素，而不必擔心記憶體安全問題。

迭代器是Rust的零抽象之一，這意味著迭代器抽象不會引入執行時開銷，不會有任何效能上的影響

迭代器可以做什麼

Rust中的迭代器可以透過實現Iterator trait來建立，也可以透過呼叫現有型別的iter方法來獲取。例如，Vec提供了一個iter方法，可以返回一個迭代器，用於遍歷Vec中的元素。

let v = vec![1, 2, 3];
for i in v.iter() {
    println!("{}", i);
}

除了for迴圈外，迭代器還提供了許多其他有用的方法，例如： 迭代器模式允許你對一個項的序列進行某些處理。Rust中的迭代器提供了一種簡潔、高效的方式來處理序列，例如透過使用map、filter、fold等方法來轉換、過濾和聚合資料。這些方法通常比手寫迴圈更簡潔、更易讀，也更容易最佳化。

  • map：轉換資料。接受一個閉包併為迭代器中的每個元素呼叫該閉包，然後返回一個新的迭代器，其中包含閉包返回的值。
let v = vec![1, 2, 3];
let v_squared: Vec<i32> = v.iter().map(|x| x * x).collect();
  • filter：過濾資料。接受一個閉包併為迭代器中的每個元素呼叫該閉包。如果閉包返回true，則元素將包含在新的迭代器中。
let v = vec![1, 2, 3];
let v_even: Vec<&i32> = v.iter().filter(|x| *x % 2 == 0).collect();
  • fold：聚合資料。接受一個初始值和一個閉包，並將閉包應用於初始值和迭代器中的每個元素，以生成一個單一的最終值。
let v = vec![1, 2, 3];
let sum: i32 = v.iter().fold(0, |acc, x| acc + x);
  • chain：該方法是Iterator trait的一個方法，它允許你將兩個迭代器連結在一起，形成一個新的迭代器。這個新的迭代器會先遍歷第一個迭代器中的所有元素，然後再遍歷第二個迭代器中的所有元素。

例如，你可以使用chain方法將兩個陣列中的元素連結在一起：

let a = [1, 2, 3];
let b = [4, 5];
let c: Vec<i32> = a.iter().chain(b.iter()).copied().collect();
assert_eq!(c, [1, 2, 3, 4, 5]);

在這個例子中，我們建立了兩個陣列a和b，然後使用chain方法將它們連結在一起，形成一個新的迭代器。最後，我們使用collect方法將迭代器中的元素收集到一個向量中。

希望這對你有所幫助。 ## 如何建立一個迭代器 要建立一個迭代器，你需要給一個型別實現Iterator trait，並實現next方法。下面是一個例子，它展示瞭如何在一個斐波那契數列型別上建立迭代器：

struct Fib {
    a: i32,
    b: i32,
}

impl Iterator for Fib {
    type Item = i32;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        let res = self.a;
        self.a = self.b;
        self.b = res + self.b;
        Some(res)
    }
}

fn main() {
    let fib = Fib { a: 1, b: 1 };
    for i in fib.take(10) {
        println!("{}", i);
    }
}

這個例子中，我們定義了一個Fib結構體，它包含兩個欄位a和b。然後我們為Fib結構體實現了Iterator trait，並實現了next方法。在next方法中，我們計算出下一個斐波那契數，並返回它。最後，在main函式中，我們建立了一個Fib例項，並使用take方法獲取前10個斐波那契數1。

使用迭代器要注意什麼

在使用Rust中的迭代器時，有幾點需要注意：

  • 迭代器是惰性的：迭代器不會立即計算它們的值，而是在呼叫next方法時才會計算。這意味著你需要呼叫collect或其他消耗迭代器的方法來獲取最終結果，這裡有一個詳細的例子來解釋迭代器的惰性：
fn main() {
    let v = vec![1, 2, 3];
    let v_iter = v.iter().map(|x| {
        println!("Mapping value: {}", x);
        x * 2
    });

    println!("Created iterator");

    for val in v_iter {
        println!("Got value: {}", val);
    }
}

在這個例子中，我們建立了一個迭代器v_iter，它使用map方法將序列中的每個元素乘以2。注意，在建立迭代器時，我們並沒有看到任何輸出。這是因為迭代器是惰性的，它不會立即計算它們的值。

接下來，我們使用for迴圈來列印出計算後結果。在這個過程中，我們可以看到輸出。這是因為for迴圈會呼叫迭代器的next方法來獲取下一個值。在呼叫next方法時，迭代器才會計算它的值。

  • 注意所有權和借用：當你使用迭代器時，需要注意所有權和借用規則。例如，如果你想要在迭代器中修改元素，你需要使用iter_mut而不是iter方法。
let mut v = vec![1, 2, 3];
for i in v.iter_mut() {
   *i *= 2;
}
  • 注意迭代器失效：當你修改了迭代器所指向的集合時，迭代器可能會失效。例如，如果你在遍歷Vec的同時向其中新增元素，可能會導致迭代器失效。 下面是一個例子，它展示瞭如何在遍歷Vec的同時向其中新增元素，導致迭代器失效：
fn main() {
    let mut v = vec![1, 2, 3];
    let mut v_iter = v.iter_mut();

    while let Some(val) = v_iter.next() {
        println!("Got value: {}", val);
        if *val == 2 {
            v.push(4);
        }
    }
}

在這個例子中，我們建立了一個可變迭代器v_iter來遍歷Vec。然後我們使用while迴圈來遍歷迭代器。在遍歷過程中，當我們遇到值為2的元素時，我們向Vec中新增了一個新元素。

然而，在Rust中，這樣的操作是不允許的。當你執行這段程式碼時，你會得到一個執行時錯誤，提示你迭代器已經失效。

  • 注意效能問題：雖然迭代器通常比手寫迴圈更簡潔、更易讀，但它們並不總是最快的。如果效能至關重要，你應該測試不同的實現方式，並選擇最快的一種。 例如，下面是兩個計算1到10的和的例子：
fn main() {
    let sum: i32 = (1..11).sum();
    println!("{}", sum);

    let mut sum = 0;
    for i in 1..11 {
        sum += i;
    }
    println!("{}", sum);
}

第一個例子使用了迭代器來計算和，而第二個例子使用了手寫迴圈。在大多數情況下，這兩個例子的效能差異並不明顯。但是，在某些情況下，手寫迴圈可能會比迭代器更快。單數使用迭代器比使用for迴圈更簡潔，並且保證記憶體安全

總之，Rust中的迭代器是一種強大的工具，它提供了一種簡潔、高效、安全的方式來運算元據。在使用迭代器時，應注意惰性、所有權和借用、迭代器失效和效能問題。 from劉金，轉載請註明原文連結。感謝！

  • 注意效能問題：雖然迭代器通常比手寫迴圈更簡潔、更易讀，但它們並不總是最快的。如果效能至關重要，你應該測試不同的實現方式，並選擇最快的一種。 例如，下面是兩個計算1到10的和的例子：
fn main() {
    let sum: i32 = (1..11).sum();
    println!("{}", sum);

    let mut sum = 0;
    for i in 1..11 {
        sum += i;
    }
    println!("{}", sum);
}
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第一個例子使用了迭代器來計算和，而第二個例子使用了手寫迴圈。在大多數情況下，這兩個例子的效能差異並不明顯。但是，在某些情況下，手寫迴圈可能會比迭代器更快。單數使用迭代器比使用for迴圈更簡潔，並且保證記憶體安全

總之，Rust中的迭代器是一種強大的工具，它提供了一種簡潔、高效、安全的方式來運算元據。在使用迭代器時，應注意惰性、所有權和借用、迭代器失效和效能問題。from劉金，轉載請註明原文連結。感謝！

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