改进 I/O 项目
ch13-03-improving-our-io-project.md
commit 2cd1b5593d26dc6a03c20f8619187ad4b2485552
掌握了这些关于迭代器的新知识后，我们可以使用迭代器来改进第十二章中 I/O 项目的实现来使得代码更简洁明了。接下来，让我们看看迭代器如何改进 Config::build 函数和 search 函数的实现。
使用迭代器去除 clone
在示例 12-6 中，我们增加了一些代码获取一个 String 类型的 slice 并创建一个 Config 结构体的实例，它们索引 slice 中的值并克隆这些值以便 Config 结构体可以拥有这些值。在示例 13-17 中重现了第十二章结尾示例 12-23 中 Config::build 函数的实现：
文件名：src/lib.rs
use std::env;
use std::error::Error;
use std::fs;
pub struct Config {
pub query: String,
pub file_path: String,
pub ignore_case: bool,
}
impl Config {
pub fn build(args: &[String]) -> Result<Config, &'static str> {
if args.len() < 3 {
return Err("not enough arguments");
}
let query = args[1].clone();
let file_path = args[2].clone();
let ignore_case = env::var("IGNORE_CASE").is_ok();
Ok(Config {
query,
file_path,
ignore_case,
})
}
}
pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;
let results = if config.ignore_case {
search_case_insensitive(&config.query, &contents)
} else {
search(&config.query, &contents)
};
for line in results {
println!("{line}");
}
Ok(())
}
pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
let mut results = Vec::new();
for line in contents.lines() {
if line.contains(query) {
results.push(line);
}
}
results
}
pub fn search_case_insensitive<'a>(
query: &str,
contents: &'a str,
) -> Vec<&'a str> {
let query = query.to_lowercase();
let mut results = Vec::new();
for line in contents.lines() {
if line.to_lowercase().contains(&query) {
results.push(line);
}
}
results
}
#[cfg(test)]
mod tests {
use super::*;
#[test]
fn case_sensitive() {
let query = "duct";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.
Duct tape.";
assert_eq!(vec!["safe, fast, productive."], search(query, contents));
}
#[test]
fn case_insensitive() {
let query = "rUsT";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.
Trust me.";
assert_eq!(
vec!["Rust:", "Trust me."],
search_case_insensitive(query, contents)
);
}
}示例 13-17：重现示例 12-23 的 Config::build 函数
当时我们说过不必担心低效的 clone 调用，因为我们以后会将其移除。好吧，就是现在！
起初这里需要 clone 的原因是参数 args 中有一个 String 元素的 slice，而 build 函数并不拥有 args。为了能够返回 Config 实例的所有权，我们需要克隆 Config 中字段 query 和 file_path 的值，这样 Config 实例就能拥有这些值。
在学习了迭代器之后，我们可以将 build 函数改为获取一个有所有权的迭代器作为参数，而不是借用 slice。我们将使用迭代器功能代替之前检查 slice 长度和索引特定位置的代码。这样可以更清晰地表达 Config::build 函数的操作，因为迭代器会负责访问这些值。
一旦 Config::build 获取了迭代器的所有权并不再使用借用的索引操作，就可以将迭代器中的 String 值移动到 Config 中，而不是调用 clone 分配新的空间。
直接使用返回的迭代器
打开 I/O 项目的 src/main.rs 文件，它看起来应该像这样：
文件名：src/main.rs
use std::env;
use std::process;
use minigrep::Config;
fn main() {
let args: Vec<String> = env::args().collect();
let config = Config::build(&args).unwrap_or_else(|err| {
eprintln!("Problem parsing arguments: {err}");
process::exit(1);
});
// --snip--
if let Err(e) = minigrep::run(config) {
eprintln!("Application error: {e}");
process::exit(1);
}
}首先我们修改第十二章结尾示例 12-24 中的 main 函数的开头为示例 13-18 中的代码。在更新 Config::build 之前这些代码还不能编译：
文件名：src/main.rs
use std::env;
use std::process;
use minigrep::Config;
fn main() {
let config = Config::build(env::args()).unwrap_or_else(|err| {
eprintln!("Problem parsing arguments: {err}");
process::exit(1);
});
// --snip--
if let Err(e) = minigrep::run(config) {
eprintln!("Application error: {e}");
process::exit(1);
}
}示例 13-25：将 env::args 的返回值传递给 Config::build
env::args 函数返回一个迭代器！不同于将迭代器的值收集到一个 vector 中接着传递一个 slice 给 Config::build，现在我们直接将 env::args 返回的迭代器的所有权传递给 Config::build。
接下来需要更新 Config::build 的定义。在 I/O 项目的 src/lib.rs 中，将 Config::build 的签名改为如示例 13-19 所示。这仍然不能编译因为我们还需更新函数体。
文件名：src/lib.rs
use std::env;
use std::error::Error;
use std::fs;
pub struct Config {
pub query: String,
pub file_path: String,
pub ignore_case: bool,
}
impl Config {
pub fn build(
mut args: impl Iterator<Item = String>,
) -> Result<Config, &'static str> {
// --snip--
if args.len() < 3 {
return Err("not enough arguments");
}
let query = args[1].clone();
let file_path = args[2].clone();
let ignore_case = env::var("IGNORE_CASE").is_ok();
Ok(Config {
query,
file_path,
ignore_case,
})
}
}
pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;
let results = if config.ignore_case {
search_case_insensitive(&config.query, &contents)
} else {
search(&config.query, &contents)
};
for line in results {
println!("{line}");
}
Ok(())
}
pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
let mut results = Vec::new();
for line in contents.lines() {
if line.contains(query) {
results.push(line);
}
}
results
}
pub fn search_case_insensitive<'a>(
query: &str,
contents: &'a str,
) -> Vec<&'a str> {
let query = query.to_lowercase();
let mut results = Vec::new();
for line in contents.lines() {
if line.to_lowercase().contains(&query) {
results.push(line);
}
}
results
}
#[cfg(test)]
mod tests {
use super::*;
#[test]
fn case_sensitive() {
let query = "duct";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.
Duct tape.";
assert_eq!(vec!["safe, fast, productive."], search(query, contents));
}
#[test]
fn case_insensitive() {
let query = "rUsT";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.
Trust me.";
assert_eq!(
vec!["Rust:", "Trust me."],
search_case_insensitive(query, contents)
);
}
}示例 13-19：以迭代器作为参数更新 Config::build 的签名
env::args 函数的标准库文档显示，它返回的迭代器的类型为 std::env::Args，并且这个类型实现了 Iterator trait 并返回 String 值。
我们已经更新了 Config::build 函数的签名，因此参数 args 有一个带有 trait bounds impl Iterator<Item = String> 的泛型类型，而不是 &[String]。这里用到了第十章 “trait 作为参数” 部分讨论过的 impl Trait 语法，这意味着 args 可以是任何实现了 Iterator trait 并返回 String 项（item）的类型。
由于我们获取了 args 的所有权，并且将通过迭代来修改 args，因此我们可以在 args 参数的声明中添加 mut 关键字，使其可变。
使用 Iterator trait 代替索引
接下来，我们将修改 Config::build 的函数体。因为 args 实现了 Iterator trait，因此我们知道可以对其调用 next 方法！示例 13-20 更新了示例 12-23 中的代码，以使用 next 方法：
文件名：src/lib.rs
use std::env;
use std::error::Error;
use std::fs;
pub struct Config {
pub query: String,
pub file_path: String,
pub ignore_case: bool,
}
impl Config {
pub fn build(
mut args: impl Iterator<Item = String>,
) -> Result<Config, &'static str> {
args.next();
let query = match args.next() {
Some(arg) => arg,
None => return Err("Didn't get a query string"),
};
let file_path = match args.next() {
Some(arg) => arg,
None => return Err("Didn't get a file path"),
};
let ignore_case = env::var("IGNORE_CASE").is_ok();
Ok(Config {
query,
file_path,
ignore_case,
})
}
}
pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;
let results = if config.ignore_case {
search_case_insensitive(&config.query, &contents)
} else {
search(&config.query, &contents)
};
for line in results {
println!("{line}");
}
Ok(())
}
pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
let mut results = Vec::new();
for line in contents.lines() {
if line.contains(query) {
results.push(line);
}
}
results
}
pub fn search_case_insensitive<'a>(
query: &str,
contents: &'a str,
) -> Vec<&'a str> {
let query = query.to_lowercase();
let mut results = Vec::new();
for line in contents.lines() {
if line.to_lowercase().contains(&query) {
results.push(line);
}
}
results
}
#[cfg(test)]
mod tests {
use super::*;
#[test]
fn case_sensitive() {
let query = "duct";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.
Duct tape.";
assert_eq!(vec!["safe, fast, productive."], search(query, contents));
}
#[test]
fn case_insensitive() {
let query = "rUsT";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.
Trust me.";
assert_eq!(
vec!["Rust:", "Trust me."],
search_case_insensitive(query, contents)
);
}
}示例 13-20：修改 Config::build 的函数体来使用迭代器方法
请记住 env::args 返回值的第一个值是程序的名称。我们希望忽略它并获取下一个值，所以首先调用 next 且不对其返回值做任何操作。然后，我们再次调用 next 来获取要放入 Config 结构体的 query 字段的值。如果 next 返回 Some，使用 match 来提取其值。如果它返回 None，则意味着没有提供足够的参数并通过 Err 值提早返回。我们对对 file_path 的值也进行同样的操作。
使用迭代器适配器来使代码更简明
I/O 项目中其他可以利用迭代器的地方是 search 函数，示例 13-21 中重现了第十二章结尾示例 12-19 中此函数的定义：
文件名：src/lib.rs
use std::error::Error;
use std::fs;
pub struct Config {
pub query: String,
pub file_path: String,
}
impl Config {
pub fn build(args: &[String]) -> Result<Config, &'static str> {
if args.len() < 3 {
return Err("not enough arguments");
}
let query = args[1].clone();
let file_path = args[2].clone();
Ok(Config { query, file_path })
}
}
pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;
Ok(())
}
pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
let mut results = Vec::new();
for line in contents.lines() {
if line.contains(query) {
results.push(line);
}
}
results
}
#[cfg(test)]
mod tests {
use super::*;
#[test]
fn one_result() {
let query = "duct";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.";
assert_eq!(vec!["safe, fast, productive."], search(query, contents));
}
}示例 13-21：示例 12-19 中 search 函数的定义
可以通过使用迭代器适配器方法来编写更简明的代码。这样做还可以避免使用一个可变的中间 results vector。函数式编程风格倾向于最小化可变状态的数量来使代码更简洁。去除可变状态可能会使未来的并行搜索优化变得更容易，因为我们不必管理对 results vector 的并发访问。示例 13-22 展示了这一变化：
文件名：src/lib.rs
use std::env;
use std::error::Error;
use std::fs;
pub struct Config {
pub query: String,
pub file_path: String,
pub ignore_case: bool,
}
impl Config {
pub fn build(
mut args: impl Iterator<Item = String>,
) -> Result<Config, &'static str> {
args.next();
let query = match args.next() {
Some(arg) => arg,
None => return Err("Didn't get a query string"),
};
let file_path = match args.next() {
Some(arg) => arg,
None => return Err("Didn't get a file path"),
};
let ignore_case = env::var("IGNORE_CASE").is_ok();
Ok(Config {
query,
file_path,
ignore_case,
})
}
}
pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;
let results = if config.ignore_case {
search_case_insensitive(&config.query, &contents)
} else {
search(&config.query, &contents)
};
for line in results {
println!("{line}");
}
Ok(())
}
pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
contents
.lines()
.filter(|line| line.contains(query))
.collect()
}
pub fn search_case_insensitive<'a>(
query: &str,
contents: &'a str,
) -> Vec<&'a str> {
let query = query.to_lowercase();
let mut results = Vec::new();
for line in contents.lines() {
if line.to_lowercase().contains(&query) {
results.push(line);
}
}
results
}
#[cfg(test)]
mod tests {
use super::*;
#[test]
fn case_sensitive() {
let query = "duct";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.
Duct tape.";
assert_eq!(vec!["safe, fast, productive."], search(query, contents));
}
#[test]
fn case_insensitive() {
let query = "rUsT";
let contents = "\
Rust:
safe, fast, productive.
Pick three.
Trust me.";
assert_eq!(
vec!["Rust:", "Trust me."],
search_case_insensitive(query, contents)
);
}
}示例 13-22：在 search 函数实现中使用迭代器适配器
回忆一下，search 函数的目的是返回所有 contents 中包含 query 的行。类似于示例 13-16 中的 filter 例子，这段代码使用 filter 适配器来保留 line.contains(query) 返回 true 的行。接着使用 collect 将匹配行收集到另一个 vector 中。这样就容易多了！尝试对 search_case_insensitive 函数做出同样的使用迭代器方法的修改吧。
选择循环或迭代器
接下来的逻辑问题就是在代码中应该选择哪种风格，以及原因：是使用示例 13-21 中的原始实现还是使用示例 13-22 中使用迭代器的版本？大部分 Rust 程序员倾向于使用迭代器风格。开始这有点难以掌握，不过一旦你对不同迭代器的工作方式有了感觉之后，迭代器反而更容易理解。相比摆弄不同的循环并创建新 vector，（迭代器）代码则更关注循环的高层次目的。这抽象掉那些老生常谈的代码，这样就更容易看清代码所特有的概念，比如迭代器中每个元素必须满足的过滤条件。
不过这两种实现真的完全等价吗？直觉上的假设是更底层的循环会更快一些。让我们聊聊性能吧。