面试题：Rust泛型与生命周期在复杂场景中的应用

Question

假设有一个Rust程序，需要实现一个缓存系统。定义一个泛型函数，该函数接受一个闭包作为参数，闭包返回一个包含引用的数据结构。泛型函数需缓存闭包的执行结果，并在后续调用时直接返回缓存结果。在这个过程中，要合理处理泛型类型的生命周期，确保程序的类型安全，避免悬垂引用等问题。请详细说明实现思路并给出完整代码。

Answer 1

实现思路

1. 使用std::collections::HashMap来存储缓存结果。
2. 泛型函数接受一个闭包作为参数，闭包返回包含引用的数据结构。
3. 为了处理生命周期，需要明确泛型参数的生命周期，确保缓存的结果引用在其使用期间保持有效。
4. 首次调用闭包时，执行闭包并将结果存入缓存，后续调用直接返回缓存结果。

完整代码

use std::collections::HashMap;

fn cache_result<'a, F, T>(func: F) -> impl Fn() -> &'a T
where
    F: FnOnce() -> &'a T,
    T: 'a,
{
    let mut cache: HashMap<(), &'a T> = HashMap::new();
    move || {
        if let Some(result) = cache.get(&()) {
            result
        } else {
            let new_result = func();
            cache.insert((), new_result);
            new_result
        }
    }
}

fn main() {
    let data = String::from("Hello, world!");
    let cached_func = cache_result(|| &data);
    println!("{}", cached_func());
    println!("{}", cached_func());
}

在上述代码中：

1. cache_result函数是一个泛型函数，接受一个闭包func，闭包返回类型为&'a T，其中'a是生命周期参数，T是泛型类型。
2. cache是一个HashMap，用于存储缓存结果，键为单元类型()，因为这里只缓存一个结果。
3. 内部返回的闭包使用move语义，捕获外部环境的cache和func。首次调用内部闭包时，执行func并将结果存入cache，后续调用直接返回缓存结果。
4. 在main函数中，定义了一个字符串data，并通过cache_result缓存对data的引用，多次调用缓存函数可以看到结果被复用。