Rust のクロージャについて

Question

前提・実現したいこと

2^n乗をn = 0~9において処理し表示する

発生している問題

結果が想定しているものと違う
クロージャ内の戻り値xの段階で出力すると正確に2^nが計算できているようです。クロージャについてまだ理解が浅い身分ですがよろしくお願いします。

該当のソースコード

fn main() {
    let mut v: Vec<i128> = Vec::new();

    for i in 0..10 {
        v.push(
            i | i | {
                let mut x: i128 = 1;
                for _ in 0..i {
                    x *= 2;
                }
                x
            },
        );
    }

    for i in v {
        println!("{}", i);
    }
}

出力

1
3
6
11
20
37
70
135
264
521

Answer 1

元のコードですがクロージャを使うための文法が間違っています。その間違いのせいで、コンパイラはそれをクロージャだと認識せずに、|演算子によるビット和（bit or）演算だと勘違いしています。

元のコードのクロージャ部分

i | i | {
    let mut x: i128 = 1;
    for _ in 0..i {
        x *= 2;
    }
    x
}

上の式ですと、たとえばi = 2のときは以下のような計算をします。

iを2で置き換える。

2 | 2 | {
    let mut x: i128 = 1;
    for _ in 0..2 {
        x *= 2;
    }
    x
}

　　　↓

2 | 2 | 4

　　　↓
2進数で表すと
↓

0x010 | 0x010 | 0x100

　　　↓
ビット和を求めると
↓

0x110   // 10進数なら6

正しい使い方は、まずクロージャを定義して変数から束縛します。

let power_of_two = |i| {
    let mut x: i128 = 1;
    for _ in 0..i {
        x *= 2;
    }
    x
};

そして定義したクロージャを使います。

power_of_two(i);  // i = 2 なら4が返る

これを元のコードに当てはめると、以下のようになります。

fn main() {
    let mut v: Vec<i128> = Vec::new();

    let power_of_two = |i| {
        let mut x: i128 = 1;
        for _ in 0..i {
            x *= 2;
        }
        x
    };

    for i in 0..10 {
        v.push(power_of_two(i));
    }

    for i in v {
        println!("{}", i);
    }
}

これで正しい答えが得られます。

実行結果

1
2
4
8
16
32
64
128
256
512

追記

余談になりますがイテレータのmap()とcollect()を使うと、2つ目のforが簡潔に書けます。

fn main() {
    let power_of_two = |i| {
        let mut x: i128 = 1;
        for _ in 0..i {
            x *= 2;
        }
        x
    };

    let v = (0..10).map(power_of_two).collect::<Vec<i128>>();

    for i in v {
        println!("{}", i);
    }
}

さらに1つ目のforもfold()で置き換えられます。

fn main() {
    let power_of_two = |i| (0..i).fold(1, |x, _| x * 2);
    let v = (0..10).map(power_of_two).collect::<Vec<i128>>();

    for i in v {
        println!("{}", i);
    }
}

Rustに慣れてきたら、こういう書き方にも挑戦してみてください。

あとi128型ですが、64ビットのCPUでは直接計算できず、ソフトウェアで計算することになりますので計算が遅いです。もし可能ならCPUが直接計算できるi64やu64などを使うのがおすすめです。

Comments

[Romira]

追記のような書き方、非常にためになりました。ありがとうございます。