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August 31, 2025•9 min

Quelle est la différence entre Fn, FnMut, et FnOnce ?

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mayo

Table des matières

Distinguer les traits Fn, FnMut, et FnOnce est crucial pour maîtriser le système de closures de Rust.

Capture des Closures

Les closures capturent les variables de leur environnement de trois façons, selon comment les variables sont utilisées :

  • Immutable Borrow (&T) : Si la closure ne fait que lire une variable.
  • Mutable Borrow (&mut T) : Si la closure modifie une variable.
  • Ownership (T) : Si la closure prend ownership (ex : via move ou en consommant la variable).

Le compilateur infère automatiquement le mode de capture le moins restrictif nécessaire.

Le mot-clé move force la capture par ownership, mais le trait de la closure (Fn, FnMut, ou FnOnce) dépend de comment les variables capturées sont utilisées.

Traits de Closure

Les closures Rust implémentent un ou plusieurs de ces traits :

Trait Capture Variables Via Sémantique d'Appel Nombre d'Appels
Fn Immutable borrow (&T) &self Multiple
FnMut Mutable borrow (&mut T) &mut self Multiple
FnOnce Ownership (T) self (consomme closure) Une fois

Différences Clés

  • Fn :

    • Peut être appelée répétitivement.
    • Capture les variables immutablement.
    • Exemple :
      let x = 42;
let closure = || println!("{}", x); // Fn (capture `x` par &T)

  • FnMut :

    • Peut muter les variables capturées.
    • Nécessite le mot-clé mut si stockée.
    • Exemple :
      let mut x = 42;
let mut closure = || { x += 1; }; // FnMut (capture `x` par &mut T)

  • FnOnce :

    • Prend ownership des variables capturées.
    • Ne peut être appelée qu'une fois.
    • Exemple :
      let x = String::from("hello");
let closure = || { drop(x); }; // FnOnce (move `x` dans closure)

Hiérarchie des Traits

  • Fn : Implémente aussi FnMut et FnOnce.
  • FnMut : Implémente aussi FnOnce.
  • Une closure qui implémente Fn peut être utilisée où FnMut ou FnOnce est requis.
  • Une closure qui implémente FnMut peut être utilisée comme FnOnce.

Mot-clé move

Force la closure à prendre ownership des variables capturées, même si elles sont seulement lues :

let s = String::from("hello");
let closure = move || println!("{}", s); // `s` est moved dans la closure
  • Impact sur le Trait :
    • Si la closure ne mute pas ou ne consomme pas s, elle implémente toujours Fn (puisque s est owned mais pas modifié).
    • Si la closure consomme s (ex : drop(s)), elle devient FnOnce.

Exemples Détaillés

1. Immutable Capture (Fn)

let x = 5;
let print_x = || println!("{}", x); // Fn
print_x(); // OK
print_x(); // Toujours valide

// Peut être passée à une fonction attendant Fn, FnMut, ou FnOnce
fn call_fn<F: Fn()>(f: F) {
    f();
}
call_fn(print_x); // ✅ Marche

2. Mutable Capture (FnMut)

let mut x = 5;
let mut add_one = || x += 1; // FnMut
add_one(); // x = 6
add_one(); // x = 7

// Nécessite une référence mutable
fn call_fn_mut<F: FnMut()>(mut f: F) {
    f();
}
call_fn_mut(add_one); // ✅ Marche

3. Ownership Capture (FnOnce)

let x = String::from("hello");
let consume_x = || { drop(x); }; // FnOnce
consume_x(); // OK
// consume_x(); // ❌ ERREUR: closure called after being moved

// Ne peut être appelée qu'une fois
fn call_fn_once<F: FnOnce()>(f: F) {
    f(); // Consomme f
}
call_fn_once(consume_x); // ✅ Marche

Exemples Avancés

Closure avec move et Différents Traits

fn demonstrate_move_semantics() {
    let data = vec![1, 2, 3];
    
    // move mais toujours Fn (lecture seule)
    let read_only = move || {
        println!("Data length: {}", data.len());
    };
    read_only(); // ✅ Peut être appelée plusieurs fois
    read_only(); // ✅ OK
    
    let data2 = vec![4, 5, 6];
    // move et FnOnce (consommation)
    let consume = move || {
        println!("Consuming data: {:?}", data2);
        drop(data2); // Consomme data2
    };
    consume(); // ✅ OK
    // consume(); // ❌ Erreur: déjà consumed
}

Capturing dans des Threads

use std::thread;

fn thread_examples() {
    let counter = std::sync::Arc::new(std::sync::Mutex::new(0));
    
    // Clone pour chaque thread (move nécessaire)
    let handles: Vec<_> = (0..3)
        .map(|i| {
            let counter = counter.clone();
            thread::spawn(move || { // move obligatoire pour threads
                let mut num = counter.lock().unwrap();
                *num += i;
                println!("Thread {} incremented counter", i);
            })
        })
        .collect();
    
    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }
    
    println!("Final counter: {}", *counter.lock().unwrap());
}

Closures avec État Complexe

struct Counter {
    count: usize,
    name: String,
}

fn stateful_closures() {
    let mut counter = Counter {
        count: 0,
        name: "MyCounter".to_string(),
    };
    
    // FnMut - modifie l'état
    let mut increment = || {
        counter.count += 1;
        println!("{}: {}", counter.name, counter.count);
    };
    
    increment(); // MyCounter: 1
    increment(); // MyCounter: 2
    
    // Peut encore accéder à counter après les appels
    println!("Counter name: {}", counter.name);
}

Conversion de Traits et Boxed Closures

fn trait_conversions() {
    // Fn peut être convertie en FnMut ou FnOnce
    let fn_closure = || println!("Hello");
    
    // Toutes ces assignations sont valides
    let as_fn: &dyn Fn() = &fn_closure;
    let as_fn_mut: &dyn FnMut() = &fn_closure;
    let as_fn_once: &dyn FnOnce() = &fn_closure;
    
    // Boxed closures pour storage dynamique
    let mut closures: Vec<Box<dyn FnOnce()>> = vec![
        Box::new(|| println!("First")),
        Box::new(|| println!("Second")),
        Box::new(|| println!("Third")),
    ];
    
    // Consume toutes les closures
    for closure in closures {
        closure();
    }
}

Patterns Courants et Idiomes

Iterator avec Closures

fn iterator_patterns() {
    let numbers = vec![1, 2, 3, 4, 5];
    
    // Fn - lecture seule
    let doubled: Vec<_> = numbers
        .iter()
        .map(|x| x * 2) // Fn
        .collect();
    
    // FnMut - avec état mutable
    let mut sum = 0;
    let running_sums: Vec<_> = numbers
        .iter()
        .map(|x| {
            sum += x; // FnMut - modifie sum
            sum
        })
        .collect();
    
    println!("Doubled: {:?}", doubled);
    println!("Running sums: {:?}", running_sums);
}

Callback System

struct EventSystem {
    callbacks: Vec<Box<dyn FnMut(&str)>>,
}

impl EventSystem {
    fn new() -> Self {
        Self { callbacks: Vec::new() }
    }
    
    fn register<F>(&mut self, callback: F)
    where
        F: FnMut(&str) + 'static,
    {
        self.callbacks.push(Box::new(callback));
    }
    
    fn trigger(&mut self, event: &str) {
        for callback in &mut self.callbacks {
            callback(event);
        }
    }
}

fn callback_example() {
    let mut system = EventSystem::new();
    
    let mut count = 0;
    system.register(move |event| {
        count += 1; // FnMut - modifie count
        println!("Event {}: {} (#{} call)", event, "processed", count);
    });
    
    system.trigger("user_login");
    system.trigger("user_logout");
}

Performance et Cas d'Usage

Trait Overhead Cas d'Usage
Fn Zero-cost Callbacks read-only, iterators
FnMut Zero-cost Transformations avec état
FnOnce Peut allouer Opérations one-shot (spawn threads)

Benchmarking des Traits

use std::time::Instant;

fn benchmark_closure_traits() {
    let data = vec![1; 1_000_000];
    
    // Fn - lecture seule
    let start = Instant::now();
    let sum: i32 = data.iter().map(|x| x * 2).sum(); // Fn
    println!("Fn time: {:?}, sum: {}", start.elapsed(), sum);
    
    // FnMut - avec état
    let start = Instant::now();
    let mut multiplier = 2;
    let sum: i32 = data
        .iter()
        .map(|x| {
            let result = x * multiplier;
            multiplier += 0; // FnMut (même si pas de changement réel)
            result
        })
        .sum();
    println!("FnMut time: {:?}, sum: {}", start.elapsed(), sum);
}

Debugging et Introspection

Déterminer le Trait d'une Closure

fn analyze_closure_trait() {
    let x = 42;
    
    // Helper functions pour tester les traits
    fn accepts_fn<F: Fn()>(_f: F) { println!("Implements Fn"); }
    fn accepts_fn_mut<F: FnMut()>(_f: F) { println!("Implements FnMut"); }
    fn accepts_fn_once<F: FnOnce()>(_f: F) { println!("Implements FnOnce"); }
    
    let closure = || println!("{}", x);
    
    // Test quel trait est implémenté
    accepts_fn(&closure);     // ✅ Fn
    accepts_fn_mut(&closure); // ✅ FnMut (car Fn: FnMut)
    accepts_fn_once(closure); // ✅ FnOnce (car Fn: FnOnce)
}

Points Clés

✅ Fn : Read-only, réutilisable.
✅ FnMut : Mutable, réutilisable.
✅ FnOnce : Owned, usage unique.
🚀 move force l'ownership mais ne change pas le trait—l'usage détermine le trait.

Règles à Retenir

  1. Hiérarchie : Fn ⊂ FnMut ⊂ FnOnce
  2. Capture : Le mode de capture détermine le trait minimum
  3. Usage : Comment tu utilises les variables capturées détermine le trait final
  4. move : Change le mode de capture, pas nécessairement le trait
  5. Performance : Tous les traits sont zero-cost quand possible

Essaie Ceci : Que se passe-t-il si une closure capture une mutable reference mais ne la mute pas ?
Réponse : Elle implémente toujours FnMut (puisqu'elle pourrait muter), mais Tu peux la passer à une fonction attendant FnMut.

Exemples de Débogage Courants

Erreur : "Cannot borrow as mutable"

// ❌ Erreur commune
fn common_error() {
    let mut x = 5;
    let closure = || x += 1; // FnMut, mais pas déclarée mut
    // closure(); // Erreur: cannot borrow as mutable
}

// ✅ Solution
fn fixed_version() {
    let mut x = 5;
    let mut closure = || x += 1; // Déclarer closure comme mut
    closure(); // ✅ OK
}

Erreur : "Use after move"

// ❌ Erreur commune
fn move_error() {
    let data = vec![1, 2, 3];
    let closure = move || println!("{:?}", data);
    closure();
    // println!("{:?}", data); // Erreur: use after move
}

// ✅ Solution : Clone avant move
fn move_fixed() {
    let data = vec![1, 2, 3];
    let data_copy = data.clone();
    let closure = move || println!("{:?}", data_copy);
    closure();
    println!("{:?}", data); // ✅ OK, data original toujours accessible
}

Conclusion : Maîtriser Fn, FnMut, et FnOnce te permet d'écrire des closures efficaces et expressives. Le système de traits de Rust garantit la memory safety tout en offrant des abstractions zero-cost quand possible !

Tags

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