面试题：Rust函数与闭包在复杂场景下的协同优化

Question

有一个场景，需要对一个包含大量`u32`类型元素的向量进行多次不同的操作，每次操作都由一个闭包定义。为了提高性能，希望复用闭包执行的中间结果。请设计一个基于Rust函数与闭包协同工作的方案，在保证正确性的前提下最大程度优化性能，阐述设计思路并给出核心代码实现。

Answer 1

设计思路

1. 缓存中间结果：为了复用闭包执行的中间结果，我们可以使用一个结构体来存储这些结果。每次执行闭包前，先检查结构体中是否已经存在所需的中间结果，如果存在则直接使用，否则执行闭包并将结果存储到结构体中。
2. 泛型与trait bounds：由于闭包的类型可能不同，我们使用泛型来表示闭包，并通过trait bounds来约束闭包的输入和输出类型。
3. 避免不必要的计算：通过合理的逻辑判断，确保只有在必要时才重新计算闭包的结果。

核心代码实现

struct IntermediateResults {
    result1: Option<u32>,
    result2: Option<u32>,
    // 可以根据需要添加更多的中间结果字段
}

impl IntermediateResults {
    fn new() -> Self {
        IntermediateResults {
            result1: None,
            result2: None,
        }
    }

    fn apply_closure1<F>(&mut self, closure: F, data: &[u32]) -> u32
    where
        F: Fn(&[u32]) -> u32,
    {
        if let Some(result) = self.result1 {
            result
        } else {
            let new_result = closure(data);
            self.result1 = Some(new_result);
            new_result
        }
    }

    fn apply_closure2<F>(&mut self, closure: F, data: &[u32]) -> u32
    where
        F: Fn(&[u32]) -> u32,
    {
        if let Some(result) = self.result2 {
            result
        } else {
            let new_result = closure(data);
            self.result2 = Some(new_result);
            new_result
        }
    }
}

fn main() {
    let data: Vec<u32> = (0..1000).collect();
    let mut results = IntermediateResults::new();

    let sum_closure = |data: &[u32]| data.iter().sum();
    let product_closure = |data: &[u32]| data.iter().product();

    let sum_result1 = results.apply_closure1(sum_closure, &data);
    let product_result1 = results.apply_closure2(product_closure, &data);

    // 再次调用相同闭包，不会重新计算
    let sum_result2 = results.apply_closure1(sum_closure, &data);
    let product_result2 = results.apply_closure2(product_closure, &data);

    println!("Sum result1: {}", sum_result1);
    println!("Product result1: {}", product_result1);
    println!("Sum result2: {}", sum_result2);
    println!("Product result2: {}", product_result2);
}