面试题：Rust闭包与函数指针的差异及应用场景

Question

在Rust编程中，闭包和函数指针都可用于实现类似的功能。请详细说明闭包和函数指针在定义、捕获环境变量、生命周期、调用方式等方面的差异。并举例说明在哪些实际编程场景下更适合使用闭包，哪些场景更适合使用函数指针。

Answer 1

定义差异

• 闭包：闭包是一个可以捕获其环境的匿名函数。语法上，闭包使用 || 表示参数列表，{} 包含代码块，例如 let closure = |x| x + 1;。闭包的参数类型和返回类型通常可以省略，Rust 能根据上下文推断。
• 函数指针：函数指针指向一个命名函数，通过函数名直接获取。例如 fn add(a: i32, b: i32) -> i32 { a + b }，let func_ptr: fn(i32, i32) -> i32 = add;，函数指针必须明确声明参数和返回类型。

捕获环境变量

• 闭包：可以捕获其定义所在环境中的变量。有三种捕获方式：按值捕获（move 语义），按可变引用捕获（&mut），按不可变引用捕获（&）。例如：

let x = 5;
let closure = move || println!("x is: {}", x);

这里闭包 closure 按值捕获了 x。

• 函数指针：不能捕获环境变量，函数指针只能操作传递给它的参数。

生命周期

• 闭包：闭包捕获的变量的生命周期与闭包本身相关。如果闭包按值捕获变量，变量的所有权被转移到闭包中，闭包结束时变量被释放。如果按引用捕获，闭包的生命周期受限于被捕获引用的生命周期。
• 函数指针：函数指针本身没有生命周期，因为它们不捕获环境变量。函数参数和返回值遵循常规的 Rust 生命周期规则。

调用方式

• 闭包：可以像普通函数一样调用，例如 let result = closure(5);。由于闭包可能捕获环境变量，调用时可能涉及到从环境中获取数据。
• 函数指针：同样像普通函数一样调用，let result = func_ptr(3, 4);，调用函数指针只涉及传递参数和执行函数体。

适用场景

• 适合闭包的场景：
  • 迭代器操作：在 Iterator 的各种方法（如 map、filter）中，闭包使用非常方便。例如：

let numbers = vec![1, 2, 3, 4];
let squared = numbers.iter().map(|x| x * x).collect::<Vec<_>>();

- **需要捕获环境变量**：当逻辑需要依赖于外部环境中的变量时，闭包是很好的选择。如在一个函数内部定义一个根据外部变量动态生成逻辑的闭包。

• 适合函数指针的场景：
  • 作为参数传递给需要明确类型的函数：有些函数要求参数类型明确，函数指针能提供清晰的类型信息。例如 std::thread::spawn 函数，如果传递的任务是一个简单的命名函数，使用函数指针更合适。

fn task() {
    println!("This is a task");
}
let handle = std::thread::spawn(task);

- **调用 C 语言风格的回调函数**：与 C 语言交互时，函数指针符合 C 语言的函数指针概念，使用函数指针更方便。