转自 【Fitz】Rust 迭代器 Iterator

说明：本文主要是 Rust语言圣经 相关章节的学习笔记，大部分与其内容相同。

建议：希望阅读更详细的描述和更多的代码示例欢迎查看 Rust语言圣经 ，同时推荐多翻阅 Rust中文标准库。

迭代器允许我们迭代一个集合，在此过程中只需关心集合中的元素如何处理，而无需关心如何开始、如何结束、按照什么样的索引去访问等问题。

for 循环与迭代器

迭代器与 for 循环最主要的差别就在于：是否通过索引来访问集合。严格来说，Rust 中的 for 循环是编译器提供的语法糖，最终还是对迭代器中的元素进行遍历。在 Rust 中，实现了 IntoIterator trait 的类型都可以自动把类型集合转换为迭代器，然后通过 for 语法糖进行访问，例如数组：

let arr = [1, 2, 3];
for v in arr {
    peintln!("{}", v);
}

也可以使用 IntoIterator trait 的 into_iter 方法显式地将数组转换成迭代器。

此外，还可以使用 for 循环对数值序列进行迭代，如 for i in 1..100 { …​ }。

惰性初始化

在 Rust 中，迭代器是惰性的，也就是在定义迭代器后不使用将不会发生任何事，只有在使用时迭代器才会开始迭代其中的元素。

next 方法

pub trait Iterator {
    type Item;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
    // 省略其余有默认实现的方法
}

迭代器之所以成为迭代器，就是因为实现了 Iterator trait，要实现该 trait，最主要的就是要实现其中的 next 方法。for 循环通过不断调用迭代器上的 next 方法来获取迭代器中的元素。

迭代器本身也可以直接调用 next 方法，返回 Option 类型，同时手动迭代必须将迭代器声明为 mut 可变，因为调用 next 会改变迭代器其中的状态数据，使用 for 循环时则无需标注。

let arr = [1, 2, 3, 4, 5];
let mut arr_iter = arr.into_iter();
assert_eq!(arr_iter.next(), Some(1));

IntoIterator trait

不只是 Vec 等常见类型，标准库也为迭代器实现了 into_iter 方法，也就是 arr.into_iter() 与 arr.into_iter().into_iter().into_iter() 是相同的。

into_iter, iter, iter_mut

前面示例中使用 into_iter 方法将数组转化为迭代器，此外还有另外两个：

  • into_iter 方法会夺走所有权，如 let arr_iter = arr.into_iter() 会将 arr 的堆上数据的内存所有权转移至迭代器中，arr 将不能再使用；

  • iter 方法是引用，如 let arr_iter = arr.iter() 中的迭代器会使用 arr 元素的引用；

  • iter_mut 方法是可变引用，可以在可变引用的迭代器中改变 arr 元素的值，见下面的代码示例；

命名规律：into_ 之类的，都是拿走所有权，_mut 之类的都是可变引用，剩下的就是不可变引用。

let mut arr: Vec<i32> = vec![1,2,3];
let arr_iter = arr.iter_mut();  //使用可变引用的迭代器
for i in arr_iter {  //此处 i 的类型为 &mut i32
    println!("{}", i);
    *i += 1;  //更改引用的值
}
println!("{:?}", arr);

需注意的是，.iter() 方法实现的迭代器，调用 next 方法返回的类型是 Some(&T)，.iter_mut() 方法实现的迭代器，调用 next 方法返回的类型是 Some(&mut T)。

Iterator 和 IntoIterator 的区别

Iterator 是迭代器 trait，只有实现了它才能称为迭代器，才能调用 next 方法。

IntoIterator 强调的是某一个类型如果实现了该 trait，那么该类型数据可以通过 into_iter 、iter() 或 iter_mut() 方法将其变成一个迭代器。

消费者与适配器

消费者是迭代器上的方法，它会消费掉迭代器中的元素，然后返回该类型的值，这些消费者都有一个共同的特点：在定义中都依赖 next 方法来消费元素。

消费者适配器

只要迭代器上的某个方法 A 在其内部调用了 next 方法，那么 A 就被称为消费性迭代器：因为 next 方法会消耗掉迭代器上的元素，所以 A 的调用也会消耗掉迭代器上的元素。其中一个例子就是 sum 方法，该方法会拿走迭代器的所有权（注意不是拿走原类型数据的所有权，而是生成的迭代器的所有权），然后通过不断调用 next 方法对元素求和。

Iterator中文标准库给出了 Iterator trait 实现了的各种方法，可以翻阅查看各种方法的使用方法和原理实现。

迭代器适配器

迭代器适配器会返回一个新的迭代器，这是实现链式方法调用的关键：v.iter().map().filter()…​，其中 map 方法就是一个迭代器适配器，其返回的就是一个新的迭代器。

let v1: Vec<i32> = vec![1, 2, 3];
v1.iter().map(|x| x + 1);  //警告，因为map方法返回一个迭代器，map 迭代器是惰性的，不产生任何效果
let v2: Vec<> = v1.iter().map(|x| x + 1).collect();  //将v1中的数依次加1然后生成一个新的Vec，其中collect()方法就是一个消费者适配器

collect

使用 collect 方法可以将一个迭代器中的元素收集到指定类型中，上面代码示例中的 Vec<_> 表明将迭代器中的元素收集成 Vec 类型，具体元素类型通过类型推导获得。

map 方法会将迭代器中的每一个值进行一系列操作，然后把该值转换成另外一个新值，该操作通过闭包完成。

let names = ["sunface", "sunfei"];
let ages = [18, 18];
let folks: HashMap<_, _> = names.into_iter().zip(ages.into_iter()).collect();

zip 是一个迭代器适配器，其作用就是将两个迭代器的内容压缩到一起，形成 Iterator<Item=(ValueFromA, ValueFromB)> 这样的新的迭代器，然后通过 collect 方法将迭代器中的（K, V）形式的值收集成 HashMap<K, V>。

闭包作为适配器参数

之前的 map 方法中使用闭包作为迭代器适配器的参数，其最大的好处不仅在于可以就地实现迭代器中元素的处理，还在于可以捕获环境值。下面的代码示例同时体现了这两个优点：

struct Shoe {
    size: u32,
    style: String,
}

fn shoes_in_size(shoes: Vec<Shoe>, shoe_size: u32) -> Vec<Shoe> {
    shoes.into_iter().filter(|s| s.size == shoe_size).collect()  //捕获外部环境中的变量 shoe_size 来与输入参数进行比较
}

实现 Iterator trait

前面使用了数组来创建迭代器，但其实基于其它集合类型一样可以创建迭代器，也可以创建自己的迭代器——只要为自定义类型实现 Iterator trait 即可。 中文标准库中的 Module std::iter 中给出了如何实现迭代器的方法。

实现 Iterator trait 的其他方法

在 Iterator trait 中，不仅仅是只有 next 一个方法，但我们只需要实现它。因为其他方法都具有https://course.rs/basic/trait/trait.html#%E9%BB%98%E8%AE%A4%E5%AE%9E%E7%8E%B0[默认实现]，这些默认实现的方法其实都是基于 next 方法实现的。

enumerate

enumerate 是 Iterator trait 上的方法，该方法产生一个新的迭代器，其每个元素都是元素（索引，值）。enumerate 是迭代器适配器，可以使用消费者迭代器或 for 循环对新产生的迭代器进行处理。代码示例如下：

let v = vec![1u64, 2, 3, 4, 5, 6];
for (i,v) in v.iter().enumerate() {
    println!("第{}个值是{}",i,v)
}

迭代器的性能

根据测试，使用迭代器和 for 循环完成同样的任务，迭代器的运行时间还要少一点。

迭代器是 Rust 的零成本抽象之一，这就意味着抽象并不会引入运行时开销。

总之，迭代器是 Rust 受函数式语言启发而提供的高级语言特性，可以写出更加简洁、逻辑清晰的代码。编译器还可以通过循环展开（Unrolling）、向量化、消除边界检查等优化手段，使得迭代器和 for 循环都有极为高效的执行效率。

Last moify: 2022-12-04 15:11:33
Build time：2025-07-18 09:41:42
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