面试题：Rust嵌套函数与闭包及作用域的交互

Question

编写Rust代码，在外层函数中定义一个嵌套函数，嵌套函数捕获外层函数的局部变量。同时，将嵌套函数赋值给一个闭包变量，并在不同的作用域下调用这个闭包变量，阐述整个过程中变量的生命周期以及捕获变量的原理。

Answer 1

fn outer_function() {
    let outer_variable = String::from("Hello, Rust!");

    // 定义嵌套函数（闭包）
    let inner_function = || {
        println!("Inner function: {}", outer_variable);
    };

    {
        // 在不同作用域下调用闭包
        inner_function();
    }
}

变量生命周期

1. outer_variable：它的生命周期从在outer_function中定义开始，直到outer_function结束。因为闭包inner_function捕获了outer_variable，所以outer_variable的生命周期会被延长到闭包inner_function不再被使用为止。在这个例子中，当outer_function结束时，闭包inner_function不再被使用，outer_variable的生命周期也就结束了。
2. inner_function：闭包inner_function的生命周期从定义开始，到它最后一次被调用之后结束。在这个例子中，当outer_function结束时，inner_function不会再被调用，其生命周期结束。

捕获变量原理

闭包可以捕获其定义所在作用域中的变量。在Rust中，闭包捕获变量有三种方式：

1. 按值捕获（Copy语义）：如果被捕获的变量实现了Copy trait，闭包会按值捕获该变量。这意味着闭包会获得变量的一份拷贝，原变量不受影响。
2. 按引用捕获：如果被捕获的变量没有实现Copy trait，闭包会按引用捕获该变量。在这种情况下，闭包会借用该变量，所以原变量的生命周期必须长于闭包的生命周期。在上述例子中，outer_variable是String类型，没有实现Copy trait，所以闭包inner_function按引用捕获outer_variable。
3. 按可变引用捕获：如果需要在闭包中修改捕获的变量，可以使用mut关键字将闭包声明为可变的，这样闭包会按可变引用捕获变量。

在这个例子中，闭包inner_function按引用捕获了outer_variable，从而可以在闭包内部访问outer_variable的值。由于闭包持有对outer_variable的引用，outer_variable的生命周期会被延长到闭包不再被使用。