Rust でネストしたクロージャを関数の戻り値にする

Rust でネスト（入れ子）にしたクロージャを関数の戻り値にしてみました。

• Rust 1.66

はじめに

まず、クロージャを関数の戻り値として使う場合の（戻り値の）型としては以下のような表現方法があります。

• (a) fn を使う（move クロージャには使えない）
• (b) impl Trait を使う
• (c) Box を使う

この 3パターンをそれぞれ実装してみると次のようになります。

サンプル1

// (a)
fn a1() -> fn(i32) -> i32 {
    |x| x * 2
}
println!("a1 = {}", a1()(11));

// (b)
fn b1() -> impl Fn(i32) -> i32 {
    |x| x * 2
}
println!("b1 = {}", b1()(12));

// (c)
fn c1() -> Box<dyn Fn(i32) -> i32> {
    Box::new(|x| x * 2)
}
println!("c1 = {}", c1()(13));

実行結果1

a1 = 22
b1 = 24
c1 = 26

move クロージャの場合

次に、クロージャ外の変数をクロージャ内で使用する場合です。

外部の変数（下記サンプルの y）をキャプチャするには、クロージャに move を付ける必要がありますが、(a) は move クロージャには適用できず、(b) か (c) を用いる事になりそうです。

サンプル2

/* コンパイルエラー: closures can only be coerced to `fn` types if they do not capture any variables

fn a2(y: i32) -> fn(i32) -> i32 {
    move |x| x * y
}
println!("a2 = {}", a2(2)(21));
*/

// (b)
fn b2(y: i32) -> impl Fn(i32) -> i32 {
    move |x| x * y
}
println!("b2 = {}", b2(2)(22));

// (c)
fn c2(y: i32) -> Box<dyn Fn(i32) -> i32> {
    Box::new(move |x| x * y)
}
println!("c2 = {}", c2(2)(23));

実行結果2

b2 = 44
c2 = 46

ネストしたクロージャの場合

それでは本題のネストしたクロージャの場合です。

まず、クロージャとしては以下のように普通にネストさせる事が可能です。

let c = |x: i32| move |y: i32| x * y;
println!("c = {}", c(10)(20)); // c = 200

これを関数の戻り値として使う場合、impl Fn(X) -> Y の Y の部分に impl Fn・・・ は使えないようなので、次のような方法が考えられます。

• (bc) impl Trait と Box を組み合わせる
• (cc) Box をネストにする

サンプル3

/* コンパイルエラー: `impl Trait` only allowed in function and inherent method return types, not in `Fn` trait return

fn bb() -> impl Fn(i32) -> impl Fn(i32) -> i32 {
    |x| move |y| x * y
}
*/

// (bc)
fn bc() -> impl Fn(i32) -> Box<dyn Fn(i32) -> i32> {
    |x| Box::new(move |y| x * y)
}
println!("bc = {}", bc()(3)(32));

// (cc)
fn cc() -> Box<dyn Fn(i32) -> Box<dyn Fn(i32) -> i32>> {
    Box::new(|x| Box::new(move |y| x * y))
}
println!("cc = {}", cc()(3)(33));

実行結果3

bc = 96
cc = 99

ちなみに、実用性はともかく move クロージャにしなければ fn が使えるので、以下のようにする事も一応は可能でした。（クロージャ外の変数を使えないので微妙ですが）

fn ba() -> impl Fn(i32) -> fn(i32) -> i32 {
    |_x||y| y
}
println!("ba = {}", ba()(3)(31)); // ba = 31

最後に、ネストを増やして関数の引数を使った場合の例（impl Trait と Box の組み合わせ）です。

サンプル4

fn bcc(d: i32) -> impl Fn(i32) -> Box<dyn Fn(i32) -> Box<dyn Fn(i32) -> i32>> {
    move |a| Box::new(move |b| Box::new(move |c| a * b * c + d))
}
println!("bcc = {}", bcc(2)(3)(4)(5)); // bcc = 62

今回のサンプルコードは https://github.com/fits/try_samples/tree/master/blog/20230106/rust_nested_closure