Rust語言從入門到精通系列之Iterator迭代器深入詳解
在Rust語言中，迭代器（Iterator）是一種極為重要的數據類型，它們用於遍歷集合中的元素。Rust中的大多數集合類型都可轉換為一個迭代器，使它們可以進行遍歷，這包括數組、向量、哈希表等。
使用迭代器可以讓代碼更加簡潔優雅，並且可以支持一些強大的操作，例如過濾、映射和折疊等。
在本文中，我們將探討Rust語言中的迭代器的相關知識，並且以我們的老朋友Animal為例，提供相關的示例代碼。
熟悉Java的Stream和Lambda的同學，學習本章節時，會格外的感覺“親切”。
迭代器的基本概念
迭代器是什麼？
在Rust中，迭代器是一個實現瞭Iterator trait的類型。該trait定義瞭一組行為，用於支持遍歷集合中的元素。通過實現Iterator trait，類型可以被轉換為一個迭代器，從而支持Iterate的操作。
Iterator trait
Iterator trait 定義瞭迭代器的核心行為，它包含瞭next方法和一些其他方法。next方法返回集合中下一個元素的Option值，直到集合中所有的元素都被遍歷完畢，返回None。
除瞭next方法之外，Iterator trait 還定義瞭其他許多有用的方法，比如map、filter等，這些方法可以對迭代器中的元素進行操作和轉換。
pub trait Iterator {
type Item;
fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
// 多種內置實現方法, skip, map, reduce, collect
// 和Java中的Stream內置方法非常類似.
}
Animal示例
接下來我們探討實現一個Animal迭代器，Animal實現Iterator trait，使其可以通過迭代器遍歷Animal的各個屬性。 以下是Animal類型的定義：
#[derive(Debug)]
struct Animal {
name: String,
age: u32,
kind: String,
i:i32,
}
我們可以在Animal上實現Iterator trait，使其可以通過for循環進行迭代。
impl Iterator for Animal {
type Item = String;
fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
let next_attribute = match self.i {
0 => Some(self.name.clone()),
1 => Some(self.age.to_string()),
2 => Some(self.kind.clone()),
_ => None,
};
self.i += 1;
next_attribute
}
}
此時，我們已經將我們的類型轉換為迭代器，我們就可以在它上面調用各種Iterator trait 的方法。例如，我們可以使用for循環遍歷Animal對象的每一個屬性：
#[derive(Debug)]
struct Animal {
name: String,
age: u32,
kind: String,
i:i32,
}
impl Iterator for Animal {
type Item = String;
fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
let next_attribute = match self.i {
0 => Some(self.name.clone()),
1 => Some(self.age.to_string()),
2 => Some(self.kind.clone()),
_ => None,
};
self.i += 1;
next_attribute
}
}
fn main() {
let mut animal = Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
};
println!("Name: {}", animal.next().unwrap());
println!("Age: {}", animal.next().unwrap());
println!("Kind: {}", animal.next().unwrap());
}
// 輸出結果：
// Name: Tom
// Age: 15
// Kind: cat
在上述代碼中，我們定義瞭一個Animal類型的Iterator，並定義瞭一個名為i的內部狀態變量。該變量用於追蹤遍歷的進度，並決定下一個迭代器值的內容。最終成功打印瞭animal的全部信息。
下面繼續我們的學習，定一個Animal向量並遍歷打印每一個Animal的所有屬性：
fn print_all_attributes(animals: Vec<Animal>) {
for mut animal in animals {
println!("Name: {}", animal.next().unwrap());
println!("Age: {}", animal.next().unwrap());
println!("Kind: {}", animal.next().unwrap());
}
}
fn main() {
let animals = vec![Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
}];
print_all_attributes(animals);
}
// 輸出結果：
// Name: Tom
// Age: 15
// Kind: cat
在上述代碼中，我們使用for循環來遍歷所有的Animal對象，並逐一打印它們的屬性。
迭代器的常見用法
map方法
map方法是Iterator trait 中非常重要的一個方法，它可以讓我們對迭代器中的每一個元素進行轉換操作，並返回新的迭代器。例如：
fn main() {
let animals = vec![Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
}, Animal {
name: "Jerry".to_string(),
age : 7,
kind: "mouse".to_string(),
i : 0
}];
let list: Vec<String> = animals
.into_iter()
.map(|ani| ani.name.clone())
.collect();
println!("{:?}", list)
}
// 輸出 ["Tom", "Jerry"]
上述代碼中，我們定義瞭一個包含2個的向量animals，並使用iter方法將其轉換為一個迭代器。然後，我們使用map方法對這個迭代器中的Animal的name操作，返回一個新的迭代器，並使用collect方法將其轉換為向量list。
filter方法
假設我們現在想尋找年齡大於等於3歲的動物，我們可以使用filter方法來實現。
fn main() {
let animals = vec![Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
}];
let filtered_animals: Vec<Animal> = animals
.into_iter()
.filter(|animal| animal.age >= 3)
.collect();
println!("{:?}", filtered_animals)
}
// 輸出結果：
// [Animal { name: "Tom", age: 15, kind: "cat", i: 0 }]
在上述代碼中，我們使用into_iter方法將Animal向量轉換為迭代器，並使用filter方法過濾其中年齡大於等於3歲的動物，最終返回一個新的Animal向量。
enumerate方法
enumerate方法會將一個迭代器中的元素和它們的索引配對，並返回一個新的迭代器。例如：
fn main() {
let animals = vec![Animal {
name: "Tom".to_string(),
age : 15,
kind: "cat".to_string(),
i : 0
}, Animal {
name: "Jerry".to_string(),
age : 7,
kind: "mouse".to_string(),
i : 0
}];
for (i, animal) in animals.iter().enumerate() {
println!("{}: {:?}", i, animal);
}
}
// 輸出：
// 0: Animal { name: "Tom", age: 15, kind: "cat", i: 0 }
// 1: Animal { name: "Jerry", age: 7, kind: "mouse", i: 0 }
上述代碼中，我們定義瞭一個包含2個Animal的向量animals，並使用iter方法將其轉換為一個迭代器。然後，我們使用enumerate方法將每Animal與其索引配對，並在for循環中打印出來。
flat_map方法
flat_map方法是Iterator trait 中比較少見的方法之一，它可以用於將嵌套的迭代器展開為單個迭代器。例如：
#[derive(Debug, Clone)]
struct Animal {
name: String,
age: u32,
kind: String,
i: i32,
}
fn main() {
let cat = Animal {
name: "Tom".to_string(),
age: 15,
kind: "cat".to_string(),
i: 0,
};
let mouse = Animal {
name: "Jerry".to_string(),
age: 7,
kind: "mouse".to_string(),
i: 0,
};
let animals = vec![vec![cat], vec![mouse]];
let list: Vec<Animal> = animals.iter().flat_map(|x| x.iter().cloned()).collect();
println!("{:?}", list)
}
// 輸出 [Animal { name: "Tom", age: 15, kind: "cat", i: 0 }, Animal { name: "Jerry", age: 7, kind: "mouse", i: 0 }]
上述代碼中，我們定義瞭一個二維向量animals，並使用iter方法將它轉換為迭代器。然後，我們使用flat_map方法將它展開為一個一維的迭代器，並使用collect方法將其轉換為向量list。
zip方法
如果我們需要同時遍歷兩個向量，我們可以使用zip方法進行配對。
fn main() {
let names = vec!["Tom", "Jerry", "Bob"];
let ages = vec![3, 4, 5];
for (name, age) in names.iter().zip(ages.iter()) {
println!("{} is {} years old.", name, age);
}
}
// 輸出結果：
// Tom is 3 years old.
// Jerry is 4 years old.
// Bob is 5 years old.
上述代碼中，我們使用iter方法將names和ages向量轉換為迭代器，並使用zip方法對它們進行配對。對於每一對元素，我們調用println!函數並打印它們。
fold方法
fold方法在Rust中也十分重要，它可以接受一個初始值和一個閉包，遍歷迭代器中的每一個元素，並將它們合並成單個值。例如：
fn main() {
let cat = Animal {
name: "Tom".to_string(),
age: 15,
kind: "cat".to_string(),
i: 0,
};
let mouse = Animal {
name: "Jerry".to_string(),
age: 7,
kind: "mouse".to_string(),
i: 0,
};
let animals = vec![cat, mouse];
let sum = animals.iter().fold(0, |t, ani| t + ani.age );
println!("{}", sum)
}
// 輸出 22
上述代碼中，我們定義瞭一個包含2個Animal的向量animals，並使用iter方法將其轉換為一個迭代器。然後，我們使用fold方法對這個迭代器中的age進行累加，並返回結果sum。
結論
迭代器是Rust語言中非常重要的數據類型，它們用於遍歷集合中的元素，並支持各種操作。在本教程中，我們探討瞭迭代器的基本概念和常見用法，以Animal為例子，提供瞭相應的演示代碼。希望讀者能夠掌握Rust迭代器的相關內容，並且在實際編程中得到應用。
以上就是Rust語言從入門到精通系列之Iterator迭代器深入詳解的詳細內容，更多關於Rust Iterator迭代器的資料請關註WalkonNet其它相關文章！
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