The Rust Programming Language

고급 함수와 클로저

이 절에서는 함수 포인터와 클로저를 반환하는 기능을 포함, 함수와 클로저와 관련된 고급 기능에 대해 살펴봅니다.

함수 포인터

지금까지는 함수에 클로저를 전달하는 방법에 대해 설명했는데, 일반 함수를 함수에 전달할 수도 있습니다! 이 기법은 새로운 클로저를 정의하는 대신 이미 정의한 함수를 전달하고 싶을 때 유용합니다. 함수는 (소문자 f를 쓰는) fn 타입으로 강제되는데, Fn 클로저 트레이트와 혼동하면 안 됩니다. fn 타입을 함수 포인터 (function pointer) 라고 합니다. 함수 포인터로 함수를 전달하면 함수를 다른 함수에 대한 인수로 사용할 수 있습니다.

매개변수가 함수 포인터임을 지정하는 문법은 예제 19-27에 나온 것처럼 클로저의 문법과 유사하며, 여기서는 매개변수에 1을 더하는 함수 add_one을 정의했습니다. do_twice 함수는 두 개의 매개변수를 받습니다: i32 매개변수를 받아 i32를 반환하는 함수를 가리키는 함수 포인터와 하나의 i32 값이지요. do_twice 함수는 f 함수를 두 번 호출하여 arg 값을 전달한 다음 두 함수 호출 결과를 합산합니다. main 함수는 add_one 및 5를 인수로 사용하여 do_twice를 호출합니다.

파일명: src/main.rs

fn add_one(x: i32) -> i32 {
    x + 1
}

fn do_twice(f: fn(i32) -> i32, arg: i32) -> i32 {
    f(arg) + f(arg)
}

fn main() {
    let answer = do_twice(add_one, 5);

    println!("The answer is: {}", answer);
}

예제 19-27: fn 타입을 사용하여 함수 포인터를 인수로 허용하기

이 코드는 The answer is: 12를 출력합니다. 여기서는 do_twice의 매개변수 f가 i32 타입의 매개변수 하나를 받아 i32를 반환하는 fn임을 지정합니다. 그러면 do_twice의 본문에서 f를 호출할 수 있습니다. main에서는 함수 이름 add_one을 do_twice의 첫 번째 인수로 전달할 수 있습니다.

클로저와 달리 fn은 트레이트가 아닌 타입이므로, Fn 트레이트 중 하나를 트레이트 바운드로 사용한 제네릭 타입 매개변수를 선언하는 대신에 fn을 매개변수 타입으로 직접 지정합니다.

함수 포인터는 세 가지 클로저 트레이트 (Fn, FnMut, FnOnce) 을 모두 구현하므로, 클로저를 기대하는 함수에 대한 인수로 함수 포인터를 언제나 전달할 수 있습니다. 제네릭 타입과 클로저 트레이트 중 하나를 사용하는 함수를 작성하여 함수나 클로저 중 하나를 받아들일 수 있도록 하는 것이 가장 좋습니다.

즉, 클로저가 아닌 fn만 허용하고 싶은 경우의 한 가지 예로는 클로저가 없는 외부 코드와 상호작용할 때입니다: C 함수는 함수를 인수로 받을 수 있지만, C에는 클로저가 없습니다.

인라인으로 정의된 클로저나 명명된 함수를 사용할 수 있는 예시로, 표준 라이브러리의 Iterator 트레이트가 제공하는 map 메서드의 사용을 살펴봅시다. map 함수를 사용하여 숫자 벡터를 문자열 벡터로 바꾸려면 다음과 같이 클로저를 사용할 수 있습니다:

fn main() {
    let list_of_numbers = vec![1, 2, 3];
    let list_of_strings: Vec<String> =
        list_of_numbers.iter().map(|i| i.to_string()).collect();
}

혹은 아래와 같이 클로저 대신 map의 인수로 함수 이름을 지정할 수도 있습니다:

fn main() {
    let list_of_numbers = vec![1, 2, 3];
    let list_of_strings: Vec<String> =
        list_of_numbers.iter().map(ToString::to_string).collect();
}

to_string이라는 이름의 함수가 여러 개 있을 수 있기 때문에, 앞서 ‘고급 트레이트’ 절에서 설명했던 완전 정규화 문법을 사용해야 하는 점을 유의하세요. 여기서는 ToString 트레이트에 정의된 to_string 함수를 사용하고 있는데, 이는 표준 라이브러리에서 Display를 구현하는 모든 타입에 대해 구현되어 있습니다.

6장의 ‘열거형 값’절에서 우리가 정의하는 각 열거형 배리언트의 이름도 이니셜라이저 함수가 된다는 것을 기억해 두세요. 이러한 이니셜라이저 함수는 클로저 트레이트를 구현하는 함수 포인터로써 사용될 수 있는데, 이는 다음과 같이 클로저를 취하는 메서드의 인수로 이니셜라이저 함수를 지정할 수 있음을 뜻합니다:

fn main() {
    enum Status {
        Value(u32),
        Stop,
    }

    let list_of_statuses: Vec<Status> = (0u32..20).map(Status::Value).collect();
}

여기서는 Status::Value의 이니셜라이저 함수를 사용하여 map이 호출되는 범위의 각 u32 값을 사용한 Status::Value 인스턴스를 생성합니다. 어떤 사람들은 이 스타일을 선호하고, 어떤 사람들은 클로저를 사용하는 것을 선호합니다. 둘 다 동일한 코드로 컴파일되므로 여러분에게 더 명확한 스타일을 사용하세요.

클로저 반환하기

클로저는 트레이트로 표현되므로, 클로저를 직접 반환할 수 없습니다. 트레이트를 반환해야 하는 대부분의 경우, 대신 트레이트를 구현하는 구체적 타입을 함수의 반환 값으로 사용할 수 있습니다. 그러나, 클로저에는 반환할 수 있는 구체적 타입이 없기 때문에 그렇게 할 수 없습니다; 예를 들면 함수 포인터 fn은 반환 타입으로 사용될 수 없습니다.

다음 코드는 클로저를 직접 반환하려고 시도하지만, 컴파일되지 않습니다:

fn returns_closure() -> dyn Fn(i32) -> i32 {
    |x| x + 1
}

컴파일 에러는 다음과 같습니다:

$ cargo build
   Compiling functions-example v0.1.0 (file:///projects/functions-example)
error[E0746]: return type cannot have an unboxed trait object
 --> src/lib.rs:1:25
  |
1 | fn returns_closure() -> dyn Fn(i32) -> i32 {
  |                         ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ doesn't have a size known at compile-time
  |
  = note: for information on `impl Trait`, see <https://doc.rust-lang.org/book/ch10-02-traits.html#returning-types-that-implement-traits>
help: use `impl Fn(i32) -> i32` as the return type, as all return paths are of type `[closure@src/lib.rs:2:5: 2:8]`, which implements `Fn(i32) -> i32`
  |
1 | fn returns_closure() -> impl Fn(i32) -> i32 {
  |                         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

For more information about this error, try `rustc --explain E0746`.
error: could not compile `functions-example` due to previous error

이 에러는 Sized 트레이트를 다시 언급합니다! 러스트는 클로저를 저장하기 위해 얼마나 많은 공간이 필요한지 알 수 없습니다. 이 문제에 대한 해결책을 이전에 살펴봤었지요. 바로 트레이트 객체가 사용될 수 있습니다:

fn returns_closure() -> Box<dyn Fn(i32) -> i32> {
    Box::new(|x| x + 1)
}

이 코드는 잘 컴파일됩니다. 트레이트 객체에 대한 자세한 내용은 17장의 ‘트레이트 객체를 사용하여 다른 타입의 값 허용하기’절을 참고하세요.

다음으로, 매크로를 살펴봅시다!