src/libcore/iter/mod.rs

   1 //! Composable external iteration.
   2 //!
   3 //! If you've found yourself with a collection of some kind, and needed to
   4 //! perform an operation on the elements of said collection, you'll quickly run
   5 //! into 'iterators'. Iterators are heavily used in idiomatic Rust code, so
   6 //! it's worth becoming familiar with them.
   7 //!
   8 //! Before explaining more, let's talk about how this module is structured:
   9 //!
  10 //! # Organization
  11 //!
  12 //! This module is largely organized by type:
  13 //!
  14 //! * [Traits] are the core portion: these traits define what kind of iterators
  15 //!   exist and what you can do with them. The methods of these traits are worth
  16 //!   putting some extra study time into.
  17 //! * [Functions] provide some helpful ways to create some basic iterators.
  18 //! * [Structs] are often the return types of the various methods on this
  19 //!   module's traits. You'll usually want to look at the method that creates
  20 //!   the `struct`, rather than the `struct` itself. For more detail about why,
  21 //!   see '[Implementing Iterator](#implementing-iterator)'.
  22 //!
  23 //! [Traits]: #traits
  24 //! [Functions]: #functions
  25 //! [Structs]: #structs
  26 //!
  27 //! That's it! Let's dig into iterators.
  28 //!
  29 //! # Iterator
  30 //!
  31 //! The heart and soul of this module is the [`Iterator`] trait. The core of
  32 //! [`Iterator`] looks like this:
  33 //!
  34 //! ```
  35 //! trait Iterator {
  36 //!     type Item;
  37 //!     fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
  38 //! }
  39 //! ```
  40 //!
  41 //! An iterator has a method, [`next`], which when called, returns an
  42 //! [`Option`]`<Item>`. [`next`] will return `Some(Item)` as long as there
  43 //! are elements, and once they've all been exhausted, will return `None` to
  44 //! indicate that iteration is finished. Individual iterators may choose to
  45 //! resume iteration, and so calling [`next`] again may or may not eventually
  46 //! start returning `Some(Item)` again at some point.
  47 //!
  48 //! [`Iterator`]'s full definition includes a number of other methods as well,
  49 //! but they are default methods, built on top of [`next`], and so you get
  50 //! them for free.
  51 //!
  52 //! Iterators are also composable, and it's common to chain them together to do
  53 //! more complex forms of processing. See the [Adapters](#adapters) section
  54 //! below for more details.
  55 //!
  56 //! [`Iterator`]: trait.Iterator.html
  57 //! [`next`]: trait.Iterator.html#tymethod.next
  58 //! [`Option`]: ../../std/option/enum.Option.html
  59 //!
  60 //! # The three forms of iteration
  61 //!
  62 //! There are three common methods which can create iterators from a collection:
  63 //!
  64 //! * `iter()`, which iterates over `&T`.
  65 //! * `iter_mut()`, which iterates over `&mut T`.
  66 //! * `into_iter()`, which iterates over `T`.
  67 //!
  68 //! Various things in the standard library may implement one or more of the
  69 //! three, where appropriate.
  70 //!
  71 //! # Implementing Iterator
  72 //!
  73 //! Creating an iterator of your own involves two steps: creating a `struct` to
  74 //! hold the iterator's state, and then `impl`ementing [`Iterator`] for that
  75 //! `struct`. This is why there are so many `struct`s in this module: there is
  76 //! one for each iterator and iterator adapter.
  77 //!
  78 //! Let's make an iterator named `Counter` which counts from `1` to `5`:
  79 //!
  80 //! ```
  81 //! // First, the struct:
  82 //!
  83 //! /// An iterator which counts from one to five
  84 //! struct Counter {
  85 //!     count: usize,
  86 //! }
  87 //!
  88 //! // we want our count to start at one, so let's add a new() method to help.
  89 //! // This isn't strictly necessary, but is convenient. Note that we start
  90 //! // `count` at zero, we'll see why in `next()`'s implementation below.
  91 //! impl Counter {
  92 //!     fn new() -> Counter {
  93 //!         Counter { count: 0 }
  94 //!     }
  95 //! }
  96 //!
  97 //! // Then, we implement `Iterator` for our `Counter`:
  98 //!
  99 //! impl Iterator for Counter {
 100 //!     // we will be counting with usize
 101 //!     type Item = usize;
 102 //!
 103 //!     // next() is the only required method
 104 //!     fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
 105 //!         // Increment our count. This is why we started at zero.
 106 //!         self.count += 1;
 107 //!
 108 //!         // Check to see if we've finished counting or not.
 109 //!         if self.count < 6 {
 110 //!             Some(self.count)
 111 //!         } else {
 112 //!             None
 113 //!         }
 114 //!     }
 115 //! }
 116 //!
 117 //! // And now we can use it!
 118 //!
 119 //! let mut counter = Counter::new();
 120 //!
 121 //! assert_eq!(counter.next(), Some(1));
 122 //! assert_eq!(counter.next(), Some(2));
 123 //! assert_eq!(counter.next(), Some(3));
 124 //! assert_eq!(counter.next(), Some(4));
 125 //! assert_eq!(counter.next(), Some(5));
 126 //! assert_eq!(counter.next(), None);
 127 //! ```
 128 //!
 129 //! Calling [`next`] this way gets repetitive. Rust has a construct which can
 130 //! call [`next`] on your iterator, until it reaches `None`. Let's go over that
 131 //! next.
 132 //!
 133 //! Also note that `Iterator` provides a default implementation of methods such as `nth` and `fold`
 134 //! which call `next` internally. However, it is also possible to write a custom implementation of
 135 //! methods like `nth` and `fold` if an iterator can compute them more efficiently without calling
 136 //! `next`.
 137 //!
 138 //! # for Loops and IntoIterator
 139 //!
 140 //! Rust's `for` loop syntax is actually sugar for iterators. Here's a basic
 141 //! example of `for`:
 142 //!
 143 //! ```
 144 //! let values = vec![1, 2, 3, 4, 5];
 145 //!
 146 //! for x in values {
 147 //!     println!("{}", x);
 148 //! }
 149 //! ```
 150 //!
 151 //! This will print the numbers one through five, each on their own line. But
 152 //! you'll notice something here: we never called anything on our vector to
 153 //! produce an iterator. What gives?
 154 //!
 155 //! There's a trait in the standard library for converting something into an
 156 //! iterator: [`IntoIterator`]. This trait has one method, [`into_iter`],
 157 //! which converts the thing implementing [`IntoIterator`] into an iterator.
 158 //! Let's take a look at that `for` loop again, and what the compiler converts
 159 //! it into:
 160 //!
 161 //! [`IntoIterator`]: trait.IntoIterator.html
 162 //! [`into_iter`]: trait.IntoIterator.html#tymethod.into_iter
 163 //!
 164 //! ```
 165 //! let values = vec![1, 2, 3, 4, 5];
 166 //!
 167 //! for x in values {
 168 //!     println!("{}", x);
 169 //! }
 170 //! ```
 171 //!
 172 //! Rust de-sugars this into:
 173 //!
 174 //! ```
 175 //! let values = vec![1, 2, 3, 4, 5];
 176 //! {
 177 //!     let result = match IntoIterator::into_iter(values) {
 178 //!         mut iter => loop {
 179 //!             let next;
 180 //!             match iter.next() {
 181 //!                 Some(val) => next = val,
 182 //!                 None => break,
 183 //!             };
 184 //!             let x = next;
 185 //!             let () = { println!("{}", x); };
 186 //!         },
 187 //!     };
 188 //!     result
 189 //! }
 190 //! ```
 191 //!
 192 //! First, we call `into_iter()` on the value. Then, we match on the iterator
 193 //! that returns, calling [`next`] over and over until we see a `None`. At
 194 //! that point, we `break` out of the loop, and we're done iterating.
 195 //!
 196 //! There's one more subtle bit here: the standard library contains an
 197 //! interesting implementation of [`IntoIterator`]:
 198 //!
 199 //! ```ignore (only-for-syntax-highlight)
 200 //! impl<I: Iterator> IntoIterator for I
 201 //! ```
 202 //!
 203 //! In other words, all [`Iterator`]s implement [`IntoIterator`], by just
 204 //! returning themselves. This means two things:
 205 //!
 206 //! 1. If you're writing an [`Iterator`], you can use it with a `for` loop.
 207 //! 2. If you're creating a collection, implementing [`IntoIterator`] for it
 208 //!    will allow your collection to be used with the `for` loop.
 209 //!
 210 //! # Adapters
 211 //!
 212 //! Functions which take an [`Iterator`] and return another [`Iterator`] are
 213 //! often called 'iterator adapters', as they're a form of the 'adapter
 214 //! pattern'.
 215 //!
 216 //! Common iterator adapters include [`map`], [`take`], and [`filter`].
 217 //! For more, see their documentation.
 218 //!
 219 //! If an iterator adapter panics, the iterator will be in an unspecified (but
 220 //! memory safe) state.  This state is also not guaranteed to stay the same
 221 //! across versions of Rust, so you should avoid relying on the exact values
 222 //! returned by an iterator which panicked.
 223 //!
 224 //! [`map`]: trait.Iterator.html#method.map
 225 //! [`take`]: trait.Iterator.html#method.take
 226 //! [`filter`]: trait.Iterator.html#method.filter
 227 //!
 228 //! # Laziness
 229 //!
 230 //! Iterators (and iterator [adapters](#adapters)) are *lazy*. This means that
 231 //! just creating an iterator doesn't _do_ a whole lot. Nothing really happens
 232 //! until you call [`next`]. This is sometimes a source of confusion when
 233 //! creating an iterator solely for its side effects. For example, the [`map`]
 234 //! method calls a closure on each element it iterates over:
 235 //!
 236 //! ```
 237 //! # #![allow(unused_must_use)]
 238 //! let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];
 239 //! v.iter().map(|x| println!("{}", x));
 240 //! ```
 241 //!
 242 //! This will not print any values, as we only created an iterator, rather than
 243 //! using it. The compiler will warn us about this kind of behavior:
 244 //!
 245 //! ```text
 246 //! warning: unused result that must be used: iterators are lazy and
 247 //! do nothing unless consumed
 248 //! ```
 249 //!
 250 //! The idiomatic way to write a [`map`] for its side effects is to use a
 251 //! `for` loop or call the [`for_each`] method:
 252 //!
 253 //! ```
 254 //! let v = vec![1, 2, 3, 4, 5];
 255 //!
 256 //! v.iter().for_each(|x| println!("{}", x));
 257 //! // or
 258 //! for x in &v {
 259 //!     println!("{}", x);
 260 //! }
 261 //! ```
 262 //!
 263 //! [`map`]: trait.Iterator.html#method.map
 264 //! [`for_each`]: trait.Iterator.html#method.for_each
 265 //!
 266 //! Another common way to evaluate an iterator is to use the [`collect`]
 267 //! method to produce a new collection.
 268 //!
 269 //! [`collect`]: trait.Iterator.html#method.collect
 270 //!
 271 //! # Infinity
 272 //!
 273 //! Iterators do not have to be finite. As an example, an open-ended range is
 274 //! an infinite iterator:
 275 //!
 276 //! ```
 277 //! let numbers = 0..;
 278 //! ```
 279 //!
 280 //! It is common to use the [`take`] iterator adapter to turn an infinite
 281 //! iterator into a finite one:
 282 //!
 283 //! ```
 284 //! let numbers = 0..;
 285 //! let five_numbers = numbers.take(5);
 286 //!
 287 //! for number in five_numbers {
 288 //!     println!("{}", number);
 289 //! }
 290 //! ```
 291 //!
 292 //! This will print the numbers `0` through `4`, each on their own line.
 293 //!
 294 //! Bear in mind that methods on infinite iterators, even those for which a
 295 //! result can be determined mathematically in finite time, may not terminate.
 296 //! Specifically, methods such as [`min`], which in the general case require
 297 //! traversing every element in the iterator, are likely not to return
 298 //! successfully for any infinite iterators.
 299 //!
 300 //! ```no_run
 301 //! let ones = std::iter::repeat(1);
 302 //! let least = ones.min().unwrap(); // Oh no! An infinite loop!
 303 //! // `ones.min()` causes an infinite loop, so we won't reach this point!
 304 //! println!("The smallest number one is {}.", least);
 305 //! ```
 306 //!
 307 //! [`take`]: trait.Iterator.html#method.take
 308 //! [`min`]: trait.Iterator.html#method.min
 309
 310 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
 311
 312 use crate::ops::Try;
 313
 314 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
 315 pub use self::traits::Iterator;
 316
 317 #[unstable(
 318     feature = "step_trait",
 319     reason = "likely to be replaced by finer-grained traits",
 320     issue = "42168"
 321 )]
 322 pub use self::range::Step;
 323
 324 #[stable(feature = "iter_empty", since = "1.2.0")]
 325 pub use self::sources::{empty, Empty};
 326 #[stable(feature = "iter_from_fn", since = "1.34.0")]
 327 pub use self::sources::{from_fn, FromFn};
 328 #[stable(feature = "iter_once", since = "1.2.0")]
 329 pub use self::sources::{once, Once};
 330 #[unstable(feature = "iter_once_with", issue = "57581")]
 331 pub use self::sources::{once_with, OnceWith};
 332 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
 333 pub use self::sources::{repeat, Repeat};
 334 #[stable(feature = "iterator_repeat_with", since = "1.28.0")]
 335 pub use self::sources::{repeat_with, RepeatWith};
 336 #[stable(feature = "iter_successors", since = "1.34.0")]
 337 pub use self::sources::{successors, Successors};
 338
 339 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
 340 pub use self::traits::FusedIterator;
 341 #[unstable(feature = "trusted_len", issue = "37572")]
 342 pub use self::traits::TrustedLen;
 343 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
 344 pub use self::traits::{DoubleEndedIterator, Extend, FromIterator, IntoIterator};
 345 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
 346 pub use self::traits::{ExactSizeIterator, Product, Sum};
 347
 348 #[stable(feature = "iter_cloned", since = "1.1.0")]
 349 pub use self::adapters::Cloned;
 350 #[stable(feature = "iter_copied", since = "1.36.0")]
 351 pub use self::adapters::Copied;
 352 #[stable(feature = "iterator_flatten", since = "1.29.0")]
 353 pub use self::adapters::Flatten;
 354 #[stable(feature = "iterator_step_by", since = "1.28.0")]
 355 pub use self::adapters::StepBy;
 356 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
 357 pub use self::adapters::{Chain, Cycle, Enumerate, Filter, FilterMap, Map, Rev, Zip};
 358 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
 359 pub use self::adapters::{FlatMap, Peekable, Scan, Skip, SkipWhile, Take, TakeWhile};
 360 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
 361 pub use self::adapters::{Fuse, Inspect};
 362
 363 pub(crate) use self::adapters::{process_results, TrustedRandomAccess};
 364
 365 mod adapters;
 366 mod range;
 367 mod sources;
 368 mod traits;
 369
 370 /// Used to make try_fold closures more like normal loops
 371 #[derive(PartialEq)]
 372 enum LoopState<C, B> {
 373     Continue(C),
 374     Break(B),
 375 }
 376
 377 impl<C, B> Try for LoopState<C, B> {
 378     type Ok = C;
 379     type Error = B;
 380     #[inline]
 381     fn into_result(self) -> Result<Self::Ok, Self::Error> {
 382         match self {
 383             LoopState::Continue(y) => Ok(y),
 384             LoopState::Break(x) => Err(x),
 385         }
 386     }
 387     #[inline]
 388     fn from_error(v: Self::Error) -> Self {
 389         LoopState::Break(v)
 390     }
 391     #[inline]
 392     fn from_ok(v: Self::Ok) -> Self {
 393         LoopState::Continue(v)
 394     }
 395 }
 396
 397 impl<C, B> LoopState<C, B> {
 398     #[inline]
 399     fn break_value(self) -> Option<B> {
 400         match self {
 401             LoopState::Continue(..) => None,
 402             LoopState::Break(x) => Some(x),
 403         }
 404     }
 405 }
 406
 407 impl<R: Try> LoopState<R::Ok, R> {
 408     #[inline]
 409     fn from_try(r: R) -> Self {
 410         match Try::into_result(r) {
 411             Ok(v) => LoopState::Continue(v),
 412             Err(v) => LoopState::Break(Try::from_error(v)),
 413         }
 414     }
 415     #[inline]
 416     fn into_try(self) -> R {
 417         match self {
 418             LoopState::Continue(v) => Try::from_ok(v),
 419             LoopState::Break(v) => v,
 420         }
 421     }
 422 }