Die Programmiersprache Rust

Unser E/A-Projekt verbessern

Mit diesem Wissen über Iteratoren können wir unser E/A-Projekt in Kapitel 12 verbessern. Wir werden Bereiche im Code klarer und prägnanter gestalten. Lass uns herausfinden wie Iteratoren unsere Implementierung der Funktion Config::build und der Funktion search optimieren können.

Ein clone durch Verwendung eines Iterators entfernen

Im Codeblock 12-6 haben wir Programmcode hinzugefügt, der einen Anteilstyp (slice) von Zeichenketten-Werten (String values) nimmt, und erzeugten eine Config-Struktur indem wir den Anteilstyp indexierten und die Werte klonten und der Config-Struktur die Eigentümerschaft dieser Werte gaben. Im Codeblock 13-17 haben wir die Implementierung der Funktion Config::build so reproduziert wie sie im Codeblock 12-23 aussah:

Dateiname: src/lib.rs

use std::env;
use std::error::Error;
use std::fs;

pub struct Config {
    pub query: String,
    pub file_path: String,
    pub ignore_case: bool,
}

impl Config {
    pub fn build(args: &[String]) -> Result<Config, &'static str> {
        if args.len() < 3 {
            return Err("Nicht genügend Argumente");
        }

        let query = args[1].clone();
        let file_path = args[2].clone();

        let ignore_case = env::var("IGNORE_CASE").is_ok();

        Ok(Config {
            query,
            file_path,
            ignore_case,
        })
    }
}

pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;

    let results = if config.ignore_case {
        search_case_insensitive(&config.query, &contents)
    } else {
        search(&config.query, &contents)
    };

    for line in results {
        println!("{line}");
    }

    Ok(())
}

pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
    let mut results = Vec::new();

    for line in contents.lines() {
        if line.contains(query) {
            results.push(line);
        }
    }

    results
}

pub fn search_case_insensitive<'a>(
    query: &str,
    contents: &'a str,
) -> Vec<&'a str> {
    let query = query.to_lowercase();
    let mut results = Vec::new();

    for line in contents.lines() {
        if line.to_lowercase().contains(&query) {
            results.push(line);
        }
    }

    results
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn case_sensitive() {
        let query = "dukt";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.
PRODUKTION.";

        assert_eq!(vec!["sicher, schnell, produktiv."], search(query, contents));
    }

    #[test]
    fn case_insensitive() {
        let query = "rUsT";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.
Trust me.";

        assert_eq!(
            vec!["Rust:", "Trust me."],
            search_case_insensitive(query, contents)
        );
    }
}

Codeblock 13-17: Reproduktion der Config::build-Funktion vom Codeblock 12-23

Zu diesem Zeitpunkt sagten wir, dass man sich keine Gedanken wegen der ineffizienten clone-Aufrufe machen soll, da sie zu einem späteren Zeitpunkt entfernt werden. Jetzt ist es an der Zeit, dass wir uns darum kümmern!

Wir haben clone benutzt, da wir einen Anteilstyp mit String-Elementen im Parameter args haben, aber die Funktion build besitzt args nicht. Um die Eigentümerschaft einer Config-Instanz zurückzugeben, mussten wir die Werte aus den Feldern query und file_path von Config klonen, damit die Config-Instanz ihre Werte besitzen kann.

Mithilfe unserer neuen Kenntnisse über Iteratoren können wir die Funktion build so ändern, dass sie die Eigentümerschaft eines Iterators als Argument nimmt anstatt sich einen Anteilstyp auszuleihen. Wir werden die Iterator-Funktionalität benutzen und nicht mehr den Programmcode der die Länge des Anteilstyps überprüft und an bestimmte Stellen indiziert. Dadurch wird deutlich, was die Funktion Config::build bewirkt, da der Iterator auf Werte zugreift.

Sobald Config::build die Eigentümerschaft des Iterators hat und keine ausleihenden Indexierungsoperationen mehr verwendet, können wir die String-Werte vom Iterator in Config verschieben anstatt clone aufzurufen und eine neue Zuweisung vorzunehmen.

Direktes Verwenden des zurückgegebenen Iterators

Öffne die Datei src/main.rs deines E/A-Projekts, sie sollte so aussehen:

Dateiname: src/main.rs

use std::env;
use std::process;

use minigrep::Config;

fn main() {
    let args: Vec<String> = env::args().collect();

    let config = Config::build(&args).unwrap_or_else(|err| {
        eprintln!("Problem beim Parsen der Argumente: {err}");
        process::exit(1);
    });

    // --abschneiden--

   if let Err(e) = minigrep::run(config) {
       eprintln!("Anwendungsfehler: {e}");
       process::exit(1);
   }
}

Wir werden zuerst den Anfang der Funktion main von Codeblock 12-24 in den Programmcode im Codeblock 13-18 ändern, der dieses Mal einen Iterator verwendet. Dieser Code wird erst kompilieren, wenn wir auch Config::build abgeändert haben.

Dateiname: src/main.rs

use std::env;
use std::process;

use minigrep::Config;

fn main() {
    let config = Config::build(env::args()).unwrap_or_else(|err| {
        eprintln!("Problem beim Parsen der Argumente: {err}");
        process::exit(1);
    });

    // --abschneiden--
  

   if let Err(e) = minigrep::run(config) {
       eprintln!("Anwendungsfehler: {e}");
       process::exit(1);
   }
}

Codeblock 13-18: Übergabe des Rückgabewerts von env::args an Config::build

Die env::arg-Funktion gibt einen Iterator zurück! Anstatt die Werte des Iterators in einem Vektor zu sammeln und dann einen Anteilstyp an Config::build zu übergeben, geben wir nun die Eigentümerschaft des Iterators, der von env::args zurückgegeben wird, direkt an Config::build.

Als Nächstes müssen wir die Definition von Config::build aktualisieren. Ändere in der Datei src/lib.rs deines E/A-Projekts die Signatur von Config::build um, damit sie so wie im Codeblock 13-26 aussieht. Dies wird noch immer nicht kompilieren, da der Funktionsrumpf aktualisiert werden muss.

Dateiname src/lib.rs

use std::env;
use std::error::Error;
use std::fs;

pub struct Config {
    pub query: String,
    pub file_path: String,
    pub ignore_case: bool,
}

impl Config {
    pub fn build(
        mut args: impl Iterator<Item = String>,
    ) -> Result<Config, &'static str> {
       // --abschneiden--
        if args.len() < 3 {
            return Err("Nicht genügend Argumente");
        }

        let query = args[1].clone();
        let file_path = args[2].clone();

        let ignore_case = env::var("IGNORE_CASE").is_ok();

        Ok(Config {
            query,
            file_path,
            ignore_case,
        })
    }
}

pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
   let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;

   let results = if config.ignore_case {
       search_case_insensitive(&config.query, &contents)
   } else {
       search(&config.query, &contents)
   };

   for line in results {
       println!("{line}");
   }

   Ok(())
}

pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
   let mut results = Vec::new();

   for line in contents.lines() {
       if line.contains(query) {
           results.push(line);
       }
   }

   results
}

pub fn search_case_insensitive<'a>(
   query: &str,
   contents: &'a str,
) -> Vec<&'a str> {
   let query = query.to_lowercase();
   let mut results = Vec::new();

   for line in contents.lines() {
       if line.to_lowercase().contains(&query) {
           results.push(line);
       }
   }

   results
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn case_sensitive() {
        let query = "dukt";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.
PRODUKTION.";

        assert_eq!(vec!["sicher, schnell, produktiv."], search(query, contents));
    }

    #[test]
    fn case_insensitive() {
        let query = "rUsT";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.
Trust me.";

        assert_eq!(
            vec!["Rust:", "Trust me."],
            search_case_insensitive(query, contents)
        );
    }
}

Codeblock 13-19: Aktualisieren der Funktion Config::build damit sie einen Iterator annimmt

Laut Dokumentation der Standardbibliothek für die Funktion env::args ist der Typ des zurückgegebenen Iterators std::env::Args, und dieser Typ implementiert das Merkmal Iterator und gibt String-Werte zurück.

Wir haben die Signatur der Funktion Config::build aktualisiert, sodass der Parameter args einen generischen Typ mit den Merkmalsabgrenzungen impl Iterator<Item = String> anstelle von &[String] hat. Diese Verwendung der Syntax impl Trait, die wir im Abschnitt „Merkmale als Parameter“ in Kapitel 10 besprochen haben, bedeutet, dass args jeder Typ sein kann, der den Typ Iterator implementiert und String-Elemente zurückgibt.

Da wir die Eigentümerschaft von args übernehmen und args beim Iterieren verändern werden, können wir das Schlüsselwort mut in die Spezifikation des Parameters args eintragen, um ihn veränderbar (mutable) zu machen.

Verwenden von Iterator-Merkmalen anstelle von Indizierung

Als Nächstes werden wir den Rumpf von Config::build in Ordnung bringen. Da args das Merkmal Iterator implementiert, wissen wir, dass wir die Methode next darauf aufrufen können! Codeblock 13-20 aktualisiert den Code aus Codeblock 12-23, um die next-Methode zu verwenden:

Dateiname: src/lib.rs

use std::env;
use std::error::Error;
use std::fs;

pub struct Config {
    pub query: String,
    pub file_path: String,
    pub ignore_case: bool,
}

impl Config {
    pub fn build(
        mut args: impl Iterator<Item = String>,
    ) -> Result<Config, &'static str> {
        args.next();

        let query = match args.next() {
            Some(arg) => arg,
            None => return Err("Keine Abfragezeichenkette erhalten"),
        };

        let file_path = match args.next() {
            Some(arg) => arg,
            None => return Err("Keinen Dateinamen erhalten"),
        };

        let ignore_case = env::var("IGNORE_CASE").is_ok();

        Ok(Config {
            query,
            file_path,
            ignore_case,
        })
    }
}

pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;

    let results = if config.ignore_case {
        search_case_insensitive(&config.query, &contents)
    } else {
        search(&config.query, &contents)
    };

    for line in results {
        println!("{line}");
    }

    Ok(())
}

pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
    let mut results = Vec::new();

    for line in contents.lines() {
        if line.contains(query) {
            results.push(line);
        }
    }

    results
}

pub fn search_case_insensitive<'a>(
    query: &str,
    contents: &'a str,
) -> Vec<&'a str> {
    let query = query.to_lowercase();
    let mut results = Vec::new();

    for line in contents.lines() {
        if line.to_lowercase().contains(&query) {
            results.push(line);
        }
    }

    results
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn case_sensitive() {
        let query = "dukt";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.
PRODUKTION.";

        assert_eq!(vec!["sicher, schnell, produktiv."], search(query, contents));
    }

    #[test]
    fn case_insensitive() {
        let query = "rUsT";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.
Trust me.";

        assert_eq!(
            vec!["Rust:", "Trust me."],
            search_case_insensitive(query, contents)
        );
    }
}

Codeblock 13-20: Ändern des Rumpfes von Config::build um Iterator-Methoden zu verwenden

Beachte, dass der erste Wert des Rückgabewerts von env::args der Name des Programms ist, wir wollen das ignorieren und rufen daher gleich next auf um zum nächsten Wert zu gelangen und den ersten Rückgabewert zu überspringen. Als Nächstes rufen wir next auf, um den Wert zu erhalten, den wir in das Feld query von Config einfügen möchten. Falls next ein Some zurückgibt, benutzen wir match, um den Wert zu extrahieren, wenn es jedoch None zurückgibt, bedeutet dies, das nicht genügend Argumente eingegeben wurden und wir kehren vorzeitig mit einem Err zurück. Dasselbe machen wir für den Wert file_path.

Programmcode mit Iteratorenadapter klarer gestalten

Wir können die Vorteile der Iteratoren auch in der Funktion search unseres E/A-Projekts nutzen, die hier im Codeblock 13-21 wiedergegeben ist, wie im Codeblock 12-19:

Dateiname: src/lib.rs

use std::error::Error;
use std::fs;

pub struct Config {
    pub query: String,
    pub file_path: String,
}

impl Config {
    pub fn build(args: &[String]) -> Result<Config, &'static str> {
        if args.len() < 3 {
            return Err("Nicht genügend Argumente");
        }

        let query = args[1].clone();
        let file_path = args[2].clone();

        Ok(Config { query, file_path })
    }
}

pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;

    Ok(())
}

pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
    let mut results = Vec::new();

    for line in contents.lines() {
        if line.contains(query) {
            results.push(line);
        }
    }

    results
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn one_result() {
        let query = "dukt";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.";

        assert_eq!(vec!["sicher, schnell, produktiv."], search(query, contents));
    }
}

Codeblock 13-21: Implementierung der Funktion search aus Codeblock 12-19

Wir können diesen Programmcode durch die Verwendung von Iteratoradaptern prägnanter gestalten und vermeiden, einen veränderbaren Vektor results für die Zwischenergebnisse zu haben. Bevorzugt wird im funktionalen Programmierstil die Menge der veränderbaren Werte reduziert, um den Code übersichtlicher zu machen. Das Entfernen des veränderbar-Status kann uns eventuell zukünftige Verbesserungen ermöglichen, um die Suche parallel auszuführen, da wir uns nicht um die Verwaltung des simultanen Zugriffs auf den Vektor results kümmern müssen. Codeblock 13-22 zeigt diese Änderung:

Dateiname: src/lib.rs

use std::env;
use std::error::Error;
use std::fs;

pub struct Config {
    pub query: String,
    pub file_path: String,
    pub ignore_case: bool,
}

impl Config {
    pub fn build(
        mut args: impl Iterator<Item = String>,
    ) -> Result<Config, &'static str> {
        args.next();

        let query = match args.next() {
            Some(arg) => arg,
            None => return Err("Keine Abfragezeichenkette erhalten"),
        };

        let file_path = match args.next() {
            Some(arg) => arg,
            None => return Err("Keinen Dateinamen erhalten"),
        };

        let ignore_case = env::var("IGNORE_CASE").is_ok();

        Ok(Config {
            query,
            file_path,
            ignore_case,
        })
    }
}

pub fn run(config: Config) -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let contents = fs::read_to_string(config.file_path)?;

    let results = if config.ignore_case {
        search_case_insensitive(&config.query, &contents)
    } else {
        search(&config.query, &contents)
    };

    for line in results {
        println!("{line}");
    }

    Ok(())
}

pub fn search<'a>(query: &str, contents: &'a str) -> Vec<&'a str> {
    contents
        .lines()
        .filter(|line| line.contains(query))
        .collect()
}

pub fn search_case_insensitive<'a>(
    query: &str,
    contents: &'a str,
) -> Vec<&'a str> {
    let query = query.to_lowercase();
    let mut results = Vec::new();

    for line in contents.lines() {
        if line.to_lowercase().contains(&query) {
            results.push(line);
        }
    }

    results
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn case_sensitive() {
        let query = "dukt";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.
PRODUKTION.";

        assert_eq!(vec!["sicher, schnell, produktiv."], search(query, contents));
    }

    #[test]
    fn case_insensitive() {
        let query = "rUsT";
        let contents = "\
Rust:
sicher, schnell, produktiv.
Nimm drei.
Trust me.";

        assert_eq!(
            vec!["Rust:", "Trust me."],
            search_case_insensitive(query, contents)
        );
    }
}

Codeblock 13-22: Verwendung von Iteratoradapter-Methoden bei der Implementierung der Funktion search

Denke daran, der Zweck der Funktion search besteht darin, alle Zeilen in contents zurückzugeben, die die query enthalten. So ähnlich wie im Beispiel filter im Codeblock 13-16 verwendet dieser Programmcode den filter-Adapter, um nur die Zeilen beizubehalten, für die line.contains(query) den Wert true zurückgibt. Wir sammeln dann die passenden Zeilen mit collect in einen anderen Vektor. Viel einfacher! Nimm die gleiche Änderung vor, um Iteratormethoden auch in der Funktion search_case_insensitive zu nutzen.

Zwischen Schleifen und Iteratoren wählen

Die nächste logische Frage wäre, welchen Stil du in deinem eigenen Programmcode wählen solltest und warum. Die ursprüngliche Implementierung im Codeblock 13-21 oder die Version die Iteratoren verwendet im Codeblock 13-22. Die meisten Rust-Programmierer bevorzugen den Iterator-Stil. Zunächst ist es zwar schwieriger, den Überblick zu behalten, aber sobald du ein Gefühl für die verschiedenen Iteratoradapter und deren Funktionsweise hast, können Iteratoren einfacher zu verstehen sein. Statt mit verschiedensten Schleifen herumzuspielen und Vektoren zu erstellen, konzentriert sich der Programmcode auf das höhere Ziel der Schleife. Dadurch wird ein Teil des gewöhnlichen Programmcodes abstrahiert und die einzigartigen Konzepte, z.B. die Filterbedingung die jedes Element bestehen muss um durch den Iterator zu kommen, werden leichter erkennbar.

Aber sind beide Implementierungen wirklich gleichwertig? Die intuitive Annahme könnte sein, dass die weniger abstrakte Schleife schneller ist. Lass uns über Performanz sprechen.