面试题：Rust闭包底层实现原理之中等难度

Question

在Rust中，闭包捕获环境变量有哪几种方式？请详细说明每种捕获方式在底层实现上的特点。

Answer 1

在Rust中，闭包捕获环境变量有三种方式：

1. 按值捕获（Copy语义）：
   • 底层实现特点：当闭包捕获的变量实现了Copy trait 时，会按值捕获。在这种情况下，闭包会直接复制这些变量的值到闭包实例内部。这意味着原始变量在闭包创建后仍然可以被正常使用，因为它的所有权没有被转移。例如，基本类型（如i32、f64）和实现了Copy的结构体通常会按值捕获。

let num = 5;
let closure = || println!("The number is: {}", num);
closure();
println!("num is still available: {}", num);

2. 按值捕获（Move语义）：
   • 底层实现特点：当闭包捕获的变量没有实现Copy trait 时，会按Move语义捕获。此时，变量的所有权会被转移到闭包中，原始变量在闭包创建后就不能再被使用。例如，String类型没有实现Copy，当被闭包捕获时会转移所有权。

let s = String::from("hello");
let closure = move || println!("The string is: {}", s);
closure();
// println!("s is not available here: {}", s); // 这行会编译错误

3. 按引用捕获：
   • 底层实现特点：闭包可以通过引用捕获环境变量，这样不会转移变量的所有权，也不会复制变量的值。闭包会持有对原始变量的引用，这要求原始变量的生命周期至少要和闭包一样长。当闭包多次调用时，每次访问的都是同一个变量。

let mut num = 5;
let closure = || {
    num += 1;
    println!("The number is: {}", num);
};
closure();
println!("num is updated: {}", num);

按引用捕获的闭包类型签名中会体现引用类型，如Fn(&T) 或 Fn(&mut T)，分别对应不可变引用和可变引用。