Rust combineでand_then()を使うとき

※本記事の後半（エラー型～注意点）は間違っている部分があるので「Rust combineでand_then()を使うとき（訂正版）」も併せてご覧ください。

はじめに

RustのパーサコンビネータライブラリcombineにてParser::and_then()を使おうとしたところ、型合わせが結構大変だったのでその結果を書いておきます。
combineのバージョンは3.8.1です。

やりたいこと

単にmany1(digit())で数値を取り出してしてparse::<i32>()でi32に変換して出したい、というだけです。
ここで問題は「parse::<i32>がstd::num::ParseIntErrorを返す可能性がある」ということで、Parser::map()は使えず、結果をResultで返せるParser::and_then()を使う必要があります。
すなわち

fn main() {
    let mut parser = many1(digit()).and_then(|x: String| x.parse::<i32>());
    dbg!(parser.easy_parse("1"));
}

という感じです。これは実はドキュメントに載っているコードそのものなので当然通ります。

and_thenを使った再利用可能なパーサ

次に、このmany1...の部分を切り出して再利用可能にしたいと思います。

fn main() {
    let mut parser = parser(num);
    dbg!(parser.easy_parse("1"));
}

fn num ...
{
    many1(digit()).and_then(|x: String| x.parse::<i32>())
}

こんな感じです。問題はこのfn numの型は何か、ということです。
Web上でよく出てくるcombineの使用例だと再利用可能なパーサはこんな感じで定義されています。

fn num<I>(input: &mut I) -> ParseResult<i32, I>
where
    I: Stream<Item = char>,
    I::Error: ParseError<I::Item, I::Range, I::Position>,
{
    many1(digit()).and_then(|x: String| x.parse::<i32>()).parse_stream(input)
}

これはコンパイルが通らず、以下のようなエラーになります。

error[E0277]: the trait bound `<<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<char, <I as combine::stream::StreamOnce>::Range, <I as combine::stream::StreamOnce>::Position>>::StreamError: std::convert::From<std::num::ParseIntError>` is not satisfied
  --> src/main.rs:36:10
   |
36 |         .and_then(|x: String| x.parse::<i32>())
   |          ^^^^^^^^ the trait `std::convert::From<std::num::ParseIntError>` is not implemented for `<<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<char, <I as combine::stream::StreamOnce>::Range, <I as combine::stream::StreamOnce>::Position>>::StreamError`
   |
   = help: consider adding a `where <<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<char, <I as combine::stream::StreamOnce>::Range, <I as combine::stream::StreamOnce>::Position>>::StreamError: std::convert::From<std::num::ParseIntError>` bound
   = note: required because of the requirements on the impl of `std::convert::Into<<<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<char, <I as combine::stream::StreamOnce>::Range, <I as combine::stream::StreamOnce>::Position>>::StreamError>` for `std::num::ParseIntError`

error[E0277]: the trait bound `<<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<char, <I as combine::stream::StreamOnce>::Range, <I as combine::stream::StreamOnce>::Position>>::StreamError: std::convert::From<std::num::ParseIntError>` is not satisfied
  --> src/main.rs:37:10
   |
37 |         .parse_stream(input)
   |          ^^^^^^^^^^^^ the trait `std::convert::From<std::num::ParseIntError>` is not implemented for `<<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<char, <I as combine::stream::StreamOnce>::Range, <I as combine::stream::StreamOnce>::Position>>::StreamError`
   |
   = help: consider adding a `where <<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<char, <I as combine::stream::StreamOnce>::Range, <I as combine::stream::StreamOnce>::Position>>::StreamError: std::convert::From<std::num::ParseIntError>` bound
   = note: required because of the requirements on the impl of `std::convert::Into<<<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<char, <I as combine::stream::StreamOnce>::Range, <I as combine::stream::StreamOnce>::Position>>::StreamError>` for `std::num::ParseIntError`
   = note: required because of the requirements on the impl of `combine::parser::Parser` for `combine::parser::combinator::AndThen<combine::parser::repeat::Many1<std::string::String, combine::parser::char::Digit<I>>, [closure@src/main.rs:36:19: 36:47]>`

combineをやっているとコンパイラのエラーメッセージはあてにならないことも多いのですが、今回は妥当なhelpを出してくれています。
このhelp通りにつけると

fn num<I>(input: &mut I) -> ParseResult<i32, I>
where
    I: Stream<Item = char>,
    I::Error: ParseError<I::Item, I::Range, I::Position>,
    <<I as combine::stream::StreamOnce>::Error as combine::error::ParseError<
        char,
        <I as combine::stream::StreamOnce>::Range,
        <I as combine::stream::StreamOnce>::Position,
    >>::StreamError: std::convert::From<std::num::ParseIntError>,
    <I as combine::stream::StreamOnce>::Error: combine::error::ParseError<
        char,
        <I as combine::stream::StreamOnce>::Range,
        <I as combine::stream::StreamOnce>::Position,
    >,
{
    many1(digit())
        .and_then(|x: String| x.parse::<i32>())
        .parse_stream(input)
}

となって、これは通ります。さすがに長いので通るギリギリまで削ります。

fn num<I>(input: &mut I) -> ParseResult<i32, I>
where
    I: Stream<Item = char>,
    I::Error: ParseError<char, I::Range, I::Position>,
    <I::Error as ParseError<char, I::Range, I::Position>>::StreamError: 
        From<ParseIntError>,
{
    many1(digit())
        .and_then(|x: String| x.parse::<i32>())
        .parse_stream(input)
}

これくらいなら許容範囲かと思います。
また、num()が直接Parserを返す実装も可能です。その場合は

fn main() {
    let mut parser = num();
    dbg!(parser.parse("1"));
}

fn num<I>() -> impl Parser<Input = I, Output = i32>
where
    I: Stream<Item = char>,
    I::Error: ParseError<char, I::Range, I::Position>,
    <I::Error as ParseError<char, I::Range, I::Position>>::StreamError: 
        From<ParseIntError>,
{
    many1(digit()).and_then(|x: String| x.parse::<i32>())
}

となります。こちらの方が若干きれいかもしれません。

（追記）エラー型

エラー型について書き忘れたので追記します。
ここまでの例ではエラー型はParseIntError前提でしたが、実際にはいろいろなエラー型を受けたいですし、単にメッセージだけ出したいことも多いです。なのでもう少し汎用的なエラー型にしておく必要があります。
最終的なエラー型はcombine::easy::Errorになるので以下のような感じで良さそうです。

fn num<I>(input: &mut I) -> ParseResult<i32, I>
where
    I: Stream<Item = char>,
    I::Error: ParseError<char, I::Range, I::Position>,
    <I::Error as ParseError<char, I::Range, I::Position>>::StreamError: 
        From<::combine::easy::Error<char, I::Range>>,
{
    many1(digit())
        .and_then(|x: String| x.parse::<i32>())
        .parse_stream(input)
}

ただ、このままだとand_thenのところで型推論がうまくいかずアノテーションしてあげる必要があるようです。
また、ParseIntErrorはそのままは渡せなくなったのでinto()で変換してやります。
（std::error::ErrorからのFromがあるので変換できます）

fn num<I>(input: &mut I) -> ParseResult<i32, I>
where
    I: Stream<Item = char>,
    I::Error: ParseError<char, I::Range, I::Position>,
    <I::Error as ParseError<char, I::Range, I::Position>>::StreamError: 
        From<::combine::easy::Error<char, I::Range>>,
{
    many1(digit())
        .and_then::<_, _, ::combine::easy::Error<char, I::Range>, _>(|x: String|
            x.parse::<i32>().map_err(|x| x.into())
        .parse_stream(input)
}

もし何らかのメッセージを渡したい場合はこんな感じです。

fn num<I>(input: &mut I) -> ParseResult<i32, I>
where
    I: Stream<Item = char>,
    I::Error: ParseError<char, I::Range, I::Position>,
    <I::Error as ParseError<char, I::Range, I::Position>>::StreamError: 
        From<::combine::easy::Error<char, I::Range>>,
{
    many1(digit())
        .and_then::<_, _, ::combine::easy::Error<char, I::Range>, _>(|x: String|
            x.parse::<i32>().map_err(|_| easy::Error::Expected(easy::Info::Borrowed("error!!!")))
        .parse_stream(input)
}

注意点

and_thenを使う場合は、（おそらく）easy_parseが必須です。
例えば最初の例のeasy_parseをparseに変えただけの

fn main() {
    let mut parser = many1(digit()).and_then(|x: String| x.parse::<i32>());
    dbg!(parser.parse("1"));
}

は通りません。

これはeasy_parseがエラーとしてcombine::stream::easy::ParseErrorを返すのに対し、parseはcombine::error::ParseErrorを返す、という違いによります。
前者は他のエラー型を格納できるように拡張されていますが、後者はパーサ自体のエラーしか格納できないためだと思われます。
はじめstd::num::ParseIntErrorを何とかcombine::error::ParseErrorに変換しようと思って結構時間を無駄にしました。

ドキュメントの説明上はparseとeasy_parseの違いはエラーメッセージを出しやすいかどうか、という感じに書かれていたのですが、実際にはこのような違いがあるようです。