Fn / FnMut / FnOnce トレイト

// Fn — 不変参照でキャプチャ。何度でも呼び出せます。
fn call_fn<F: Fn() -> i32>(f: F) -> i32 { f() }

// FnMut — 可変参照でキャプチャ。何度でも呼び出せますが mut が必要です。
fn call_fnmut<F: FnMut() -> i32>(mut f: F) -> i32 { f() }

// FnOnce — 所有権を奪ってキャプチャ。1度しか呼び出せません。
fn call_fnonce<F: FnOnce() -> i32>(f: F) -> i32 { f() }

// dyn Fn() を使った動的ディスパッチ
fn call_dyn(f: &dyn Fn()) { f(); }

fn apply<F: Fn(i32) -> i32>(f: F, x: i32) -> i32 {
    f(x)
}

fn apply_mut<F: FnMut() -> i32>(mut f: F) -> i32 {
    f() + f()  // 2回呼び出します。
}

fn apply_once<F: FnOnce() -> String>(f: F) -> String {
    f()  // 1度だけ呼び出します。
}

fn main() {
    // Fn — キャプチャした値を不変で参照します。
    let base = 10;
    let add_base = |x| x + base;  // base を &base で借用します。
    println!("Fn: {}", apply(add_base, 5));   // 15
    println!("再呼び出し可能: {}", apply(|x| x * 2, 7));  // 14

    // FnMut — キャプチャした値を可変で参照します。
    let mut count = 0;
    let mut counter = || {
        count += 1;  // count を &mut count で借用します。
        count
    };
    println!("FnMut 1回目: {}", counter());  // 1
    println!("FnMut 2回目: {}", counter());  // 2
    println!("FnMut 3回目: {}", counter());  // 3

    // apply_mut — カウンターを2回呼び出します。
    let mut n = 0;
    let result = apply_mut(|| { n += 1; n });
    println!("apply_mut 結果: {}", result);  // 2

    // FnOnce — 所有権を奪うため1度しか呼べません。
    let name = String::from("Alice");
    let greet = move || format!("Hello, {}!", name);  // name の所有権を奪います。
    println!("{}", apply_once(greet));  // Hello, Alice!
    // greet はもう呼び出せません。

    // move クロージャ — スレッドへの渡し方
    let data = vec![1, 2, 3];
    let handle = std::thread::spawn(move || {
        // data の所有権をスレッドに移動します。
        println!("スレッド内: {:?}", data);
    });
    handle.join().unwrap();

    // dyn Fn() による動的ディスパッチ
    let funcs: Vec<Box<dyn Fn(i32) -> i32>> = vec![
        Box::new(|x| x + 1),
        Box::new(|x| x * 2),
        Box::new(|x| x * x),
    ];
    for f in &funcs {
        print!("{} ", f(3));  // 4 6 9
    }
    println!();
}

Rustのクロージャは周囲の変数を「借用（不変）」「借用（可変）」「所有権の移動」の3方法でキャプチャし、それぞれ『Fn』『FnMut』『FnOnce』トレイトを実装します。3つのトレイトは包含関係にあり、『Fn』を実装するクロージャは『FnMut』と『FnOnce』も自動で実装します。

関数の引数型として『Box<dyn Fn()>』を使うと異なる型のクロージャを同じコレクションに格納できます（動的ディスパッチ）。パフォーマンスが必要な場合はジェネリクス『<F: Fn()>』を使うと静的ディスパッチになりインライン化されます。

スレッドにクロージャを渡す場合は『move』を付けて所有権を移動させる必要があります。詳細はstd::thread::spawn() / join()を参照してください。