在 Rust 中迭代标量变量的有效方法

Question

有时我有多个相同类型的标量变量，并且想要迭代它们。

为简单起见，我们假设类型为

usize

，变量数量为

1000

，这意味着它们的数组适合堆栈。

此后，我们将术语“快”定义为最坏情况的时间复杂度；如果一种方法“可能”非常快，那么我们并不是说它很快，因为编译器优化并不总是保证会发生。 方法1

这是一个仅供演示的人工示例（

playground

）：

use rand::prelude::*;

fn main() {
    let mut rng = StdRng::seed_from_u64(0);

    loop {
        let a1 = rng.gen::<usize>();
        let a2 = rng.gen::<usize>();
        let a3 = rng.gen::<usize>();
        /* ... */
        let a1000 = rng.gen::<usize>();

        for e in vec![a1, a2, a3, /* ... */ a1000] {
            println!("{}", e);
        }
    }
}

在此示例中，我们有许多标量变量 

a1

、

a2

、...、

a1000

，为了迭代它们，我们将它们存储在

Vec<usize>

中。显然这种方法效率低下，因为它分配堆内存并将所有变量复制到其中。

方法2

如果我们使用

[usize; 1000]

类型的数组，我认为数组本身是在堆栈中分配的。但是，我认为变量仍然被复制到其中。

for e in [a1, a2, a3, /* ... */ a1000] {
    println!("{}", e);
}

方法3

如果我们使用

[&usize; 1000]

类型的数组，现在变量不会被复制。然而，我认为这种方法在内部创建了许多

pointer

，我认为这与复制整数一样慢（将整数作为常量引用传递与复制 - Stack Overflow）。

for e in [&a1, &a2, &a3, /* ... */ &a1000] {
    println!("{}", e);
}

我想最小化堆分配和复制。有什么好的办法吗？

---

我们有这种幼稚的方法，但可读性和可维护性太低（并且由于二进制大小的增加，其最坏情况的时间复杂度可能不好）：

println!("{}", a1);
println!("{}", a2);
/* ... */
println!("{}", a1000);

编辑：

---

这是我目前最好的方法：

use rand::prelude::*;

macro_rules! for_each {
    ($f:expr, $($var:ident),*) => {
        $(
            $f($var);
        )*
    };
}

fn f(x: usize) {
    println!("{}", x);
}

fn main() {
    let mut rng = StdRng::seed_from_u64(0);

    {
        let a1 = rng.gen::<usize>();
        let a2 = rng.gen::<usize>();
        let a3 = rng.gen::<usize>();
        /* ... */
        let a1000 = rng.gen::<usize>();

        for_each!(f, a1, a2, a3, /* ... */ a1000);
    }
}

Answer 1

for

循环确实会很慢，但并不是你想象的那样：它会很慢，因为 LLVM 无法优化整个数组

的副本来创建迭代器。元素本身将被优化以几乎总是就地生成。

这不能保证，但 codegen 的没有任何

是可以保证的。理论上，编译器可能会在一天早上醒来并决定完全停止优化代码，并且按照标准（无论如何 Rust 中不存在该标准）就没问题。

实际上，编译器不会这样做，就像他们不会这样做一样，我们知道

他们会执行一些优化。人们在性能关键型程序中始终依赖这种直觉。大多数情况下它都有效（但如果您不确定的话，检查代码生成器总是好的，并且始终进行基准测试）。

如果你想更确定，你可以直接在数组中创建元素（没有中间变量） - for e in [rng.gen(), rng.gen(), ...]

，但我可以告诉你这对于

usize

这样的类型并不重要。

要解决 for 循环的问题，您可以迭代切片：

let arr = [a1, a2, a3, /* ... */ a1000];
for &e in &arr {
    println!("{}", e);
}