面试题：Rust中函数指针与闭包性能对比基础

Question

在Rust中，简述函数指针和闭包在定义和语法上的主要区别，并说明在简单的数值计算场景下，为什么闭包可能在性能上比函数指针更具优势？

Answer 1

定义和语法区别

1. 函数指针：
   • 定义：函数指针指向一个具体的函数，它的类型由函数签名决定。例如，有函数 fn add(a: i32, b: i32) -> i32 { a + b }，那么对应的函数指针类型为 fn(i32, i32) -> i32。
   • 语法：声明函数指针变量时，使用 fn 关键字。如 let func_ptr: fn(i32, i32) -> i32 = add;，调用时直接像函数一样使用 func_ptr(1, 2)。
2. 闭包：
   • 定义：闭包是一个可以捕获其周围环境中变量的匿名函数。它可以根据捕获的变量情况，生成不同的实例类型。
   • 语法：闭包使用 |参数| {代码块} 形式定义。例如 let closure = |a: i32, b: i32| -> i32 { a + b };，参数类型和返回值类型通常可省略，由编译器推断。调用方式同函数 closure(1, 2)。

性能优势

在简单数值计算场景下，闭包可能在性能上比函数指针更具优势，原因如下：

1. 类型推断和单态化：闭包通常可依赖编译器进行类型推断，编译器在单态化过程中，会为闭包生成特定类型的代码。这意味着对于特定的输入类型，生成的代码是高度优化且针对性强的。而函数指针由于类型固定，在不同类型参数使用时可能需要额外的间接层，导致性能损耗。
2. 捕获环境变量：如果简单数值计算依赖于周围环境中的某些变量，闭包捕获这些变量后，编译器可对捕获变量和闭包内代码进行优化整合。而函数指针本身不能捕获环境变量，若要实现相同功能，可能需要通过传递额外参数，这在一定程度上增加了函数调用开销。