Rust中递归类型结合Rc的嵌套模式匹配可行性及求导程序移植问题

你猜得没错，这确实是Rust模式匹配的一个限制——当前稳定版里，没办法直接在模式里对Rc这类智能指针做嵌套的解引用匹配。你代码里的(f, Add(Int(n), g))这类模式之所以总是失败，是因为f和g都是Rc<Expr2>类型，而Add是Expr2的枚举变体，Rust不会自动帮你穿透Rc去匹配内部的枚举值。

怎么解决这个问题？ #

最直接的办法是手动解引用Rc之后再做模式匹配。因为Rc是共享所有权的智能指针，我们只需要获取内部值的不可变引用就能做匹配（毕竟表达式化简是只读操作），可以用&*rc或者rc.as_ref()来拿到内部Expr2的引用。

比如修改你的add函数，改成这样：

fn add(f: Expr, g: Expr) -> Expr {
    match (&*f, &*g) {
        (Int(m), Int(n)) => Rc::new(Int(m + n)),
        (Int(0), _) => g,
        (_, Int(n)) => add(g, f),
        (_, Add(Int(n), inner_g)) => add(Rc::new(Int(*n)), add(f, Rc::clone(inner_g))),
        (Add(inner_f, inner_g), _) => add(Rc::clone(inner_f), add(Rc::clone(inner_g), g)),
        _ => Rc::new(Add(f, g)),
    }
}

这里要注意几点：

• 匹配时用&*f拿到Expr2的不可变引用，这样就能匹配到Int、Add这些变体了
• 构造新的Expr时要用Rc::new把枚举值包起来
• 对于需要复用的内部表达式节点，用Rc::clone来增加引用计数，避免不必要的内存复制

同理，你的mul、pow、d等函数都需要做类似的修改，把对Expr的直接匹配改成对&*Expr的匹配。

关于你提到的“box语法” #

你说的那个规划中的模式匹配解引用语法（比如box Add(...)）确实存在，但它目前只针对Box类型，而且还处于不稳定状态（需要启用box_patterns特性）。更关键的是，它并不支持Rc，所以哪怕这个特性稳定了，也帮不上你当前的场景。

顺便提几个代码里的小问题 #

除了模式匹配的问题，你的代码还有几个编译错误需要修正：

1. d函数里的Var(y)分支：你直接返回了字符串x或y，但函数返回值是Expr，应该改成Rc::new(Var(x.clone()))或者Rc::new(Var(y))
2. string_of_expr函数：你只调用了count(f).to_string()但没有返回它，应该改成count(f).to_string()作为返回值
3. nest函数：你写了f(x)，但f是Expr类型（数据结构）不是函数，应该把nest的参数改成接受一个函数，比如：

   fn nest(n: i32, func: impl Fn(Expr) -> Expr, x: Expr) -> Expr {
       if n == 0 { x } else { nest(n - 1, func, func(x)) }
   }
   

4. main函数里的x：你直接用字符串"x"调用pow，但pow需要Expr类型，应该改成let x = Rc::new(Var("x".to_string()));，再传递给pow

内容的提问来源于stack exchange，提问作者J D