面试题：Rust闭包类型基础知识考查

Question

在Rust中，闭包可以捕获其周围环境中的变量。请解释闭包捕获变量的三种方式，并各举一个简单示例说明。同时阐述不同捕获方式在实际应用场景中的区别。

Answer 1

闭包捕获变量的三种方式及示例

1. 按值捕获（move 语义）：
   • 解释：闭包获取变量的所有权，当闭包被调用时，变量的所有权被转移到闭包内部。闭包调用后，外部变量不可再使用。
   • 示例：

fn main() {
    let num = 5;
    let closure = move || {
        println!("The number is: {}", num);
    };
    // println!("The number is: {}", num); // 这行会报错，因为num的所有权已被闭包获取
    closure();
}

2. 按可变引用捕获：
   • 解释：闭包获取变量的可变引用，允许闭包修改外部变量。外部作用域在闭包存活期间不能再获取该变量的可变引用，以避免数据竞争。
   • 示例：

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

3. 按不可变引用捕获：
   • 解释：闭包获取变量的不可变引用，闭包内部只能读取该变量，不能修改。多个闭包可以同时按不可变引用捕获同一个变量。
   • 示例：

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

不同捕获方式在实际应用场景中的区别

1. 按值捕获：
   • 适用场景：当你希望闭包拥有变量的所有权，并且不希望外部代码再访问或修改该变量时使用。例如，在将闭包传递给另一个线程时，因为线程需要独立拥有数据，所以需要按值捕获变量，确保数据的安全性和独立性。
2. 按可变引用捕获：
   • 适用场景：当闭包需要修改外部变量，同时又不想转移变量的所有权时使用。常用于需要在闭包内对共享状态进行更新的场景，比如在迭代器的 for_each 方法中，对每个元素进行修改，而这些元素又属于同一个外部可变集合。
3. 按不可变引用捕获：
   • 适用场景：当闭包只需要读取外部变量的值，并且可能会有多个闭包同时读取该变量时使用。比如在一些数据统计的闭包中，闭包只需要读取数据，多个闭包可以并发地读取同一个不可变数据，提高程序的执行效率。