在 Rust 中是否有循环旋转可变变量的标准方法？

Question

实现算法中一个非常常见的操作是循环旋转：给定，比方说，3 个变量 a、b、c 将它们更改为

t ⇽ c
c ⇽ b
b ⇽ a
a ⇽ t

考虑到一切都是按位交换的，循环旋转应该是 Rust 比我所知道的任何其他语言都更胜一筹的领域。

相比之下，在 C++ 中，旋转 N 个元素最有效的通用方法是执行 n+1 std::move 操作，这反过来大致导致（对于典型的移动构造函数实现）3 (n+1) sizeof(T)单词分配（这可以通过模板专门化旋转为 PODs 改进，但需要工作）。

在 Rust 中，该语言可以仅使用 (n+1) size_of(T) 个单词赋值来实现旋转。令我惊讶的是，我找不到标准库支持旋转。（std::mem 中没有旋转方法）。它可能看起来像这样：

pub fn rotate<T>(x: &mut T, y: &mut T, z: &mut T) {
    unsafe {
        let mut t: T = std::mem::uninitialized();
        std::ptr::copy_nonoverlapping(&*z, &mut t, 1);
        std::ptr::copy_nonoverlapping(&*y, z, 1);
        std::ptr::copy_nonoverlapping(&*x, y, 1);
        std::ptr::copy_nonoverlapping(&t, x, 1);
        std::mem::forget(t);
    }
}

为了阐明为什么不能在 C++ 中有效地实现旋转，请考虑：

struct String {
  char *data1;
  char *data2;
  String(String &&other) : data1(other.data1), data2(other.data2)
    { other.data1 = other.data2 = nullptr;}
  String &operator=(String &&other)
    { std::swap(data1, other.data1); std::swap(data2, other.data2);
      return *this; }
  ~String() { delete [] data1; delete [] data2; }
};

这里像 s2 = std::move(s1); 这样的操作将为每个成员字段进行 3 次指针赋值，总共需要 6 次赋值，因为指针交换需要 3 次赋值（1 次进入 temp，1 次 out temp，1 次跨操作数）

Answer 1

Is there a standard way of cyclically rotating mutable variables in Rust?

没有

我只是交换变量两次，不需要 unsafe:

use std::mem;

pub fn rotate<T>(x: &mut T, y: &mut T, z: &mut T) {
    mem::swap(x, y);
    mem::swap(y, z);
}

fn main() {
    let mut a = 1;
    let mut b = 2;
    let mut c = 3;

    println!("{}, {}, {}", a, b, c);
    // 1, 2, 3

    rotate(&mut a, &mut b, &mut c);

    println!("{}, {}, {}", a, b, c);
    // 2, 3, 1
}

这会产生 7 movl 条指令（Rust 1.35.0，发布，x86_64，Linux）

playground::rotate:
    movl    (%rdi), %eax
    movl    (%rsi), %ecx
    movl    %ecx, (%rdi)
    movl    %eax, (%rsi)
    movl    (%rdx), %ecx
    movl    %ecx, (%rsi)
    movl    %eax, (%rdx)
    retq

相对于最初的 6 movl 条指令：

playground::rotate_original:
    movl    (%rdx), %eax
    movl    (%rsi), %ecx
    movl    %ecx, (%rdx)
    movl    (%rdi), %ecx
    movl    %ecx, (%rsi)
    movl    %eax, (%rdi)
    retq

我可以放弃那条指令，转而使用更容易推理的纯安全代码。

在 "real" 代码中，我将利用所有变量都是同一类型并且 slice::rotate_left and slice::rotate_right 存在的事实：

fn main() {
    let mut vals = [1, 2, 3];

    let [a, b, c] = &vals;
    println!("{}, {}, {}", a, b, c);
    // 1, 2, 3

    vals.rotate_left(1);

    let [a, b, c] = &vals;
    println!("{}, {}, {}", a, b, c);
    // 2, 3, 1
}

在 Rust 中是否有循环旋转可变变量的标准方法？

Is there a standard way of cyclically rotating mutable variables in Rust?

swap

rust