rust - 为什么我的结构生命周期不够长？

Question

在 Rust 中，我收到以下错误:

<anon>:14:9: 14:17 error: `mystruct` does not live long enough
<anon>:14         mystruct.update();
                  ^~~~~~~~
<anon>:10:5: 17:6 note: reference must be valid for the lifetime 'a as defined on the block at 10:4...
<anon>:10     {
<anon>:11         let initial = vec![Box::new(1), Box::new(2)];
<anon>:12         let mystruct = MyStruct { v : initial, p : &arg };
<anon>:13         
<anon>:14         mystruct.update();
<anon>:15         
          ...
<anon>:12:59: 17:6 note: ...but borrowed value is only valid for the block suffix following statement 1 at 12:58
<anon>:12         let mystruct = MyStruct { v : initial, p : &arg };
<anon>:13         
<anon>:14         mystruct.update();
<anon>:15         
<anon>:16         mystruct
<anon>:17     }
error: aborting due to previous error

对于以下代码:

struct MyStruct<'a>
{
    v : Vec<Box<i32>>,
    p : &'a i32
}

impl<'a> MyStruct<'a>
{
    fn new(arg : &'a i32) -> MyStruct<'a>
    {
        let initial = vec![Box::new(1), Box::new(2)];
        let mystruct = MyStruct { v : initial, p : &arg };

        mystruct.update();

        mystruct
    }

    fn update(&'a mut self)
    {
        self.p = &self.v.last().unwrap();
    }

}

fn main() {
    let x = 5;
    let mut obj = MyStruct::new(&x);
}

(Playground)

我不明白为什么 mystruct 不够活。如果我注释掉 mystruct.update() 行，它仍然可以正常工作。更重要的是，如果我注释掉 update 的主体，代码仍然会失败。为什么调用借用可变 self 的空函数会改变一切？

我不明白错误所指的引用文献是哪一个。有人可以解释一下吗？

Answer 1

此错误所涉及的引用是在您调用 update() 时隐式创建的引用.因为update()需要 &'a mut self , 这意味着它接受类型为 &'a mut MyStruct<'a> 的值.这意味着理论上你应该调用 update()像这样:

(&mut mystruct).update();

到处都写这个会很不方便，所以 Rust 能够自动插入必要的 &小号，&mut s 和 * s 以便调用方法。这称为“自动引用”，它唯一发生的地方是方法调用/字段访问。

问题是update()的定义方法:

impl<'a> MyStruct<'a> {
    ...
    fn update(&'a mut self) { ... }
    ...
}

您在这里请求 update()通过生命周期为 'a 的引用接收调用它的值, 其中'a是存储在结构中的引用的生命周期。

但是，当您有一个结构值并调用此方法时，应该已经有一个对 i32 的引用你存储在这个结构中。因此结构值的生命周期严格小于lifetime参数指定的生命周期，所以不可能构造&'a mut MyStruct<'a>。使用局部变量(如您的情况)。

解决方案是使用&mut self而不是 &'a mut self :

fn update(&mut self) { ... }
// essentially equivalent to
fn update<'b>(&'b mut self) where 'a: 'b { ... }
// `'b` is a fresh local lifetime parameter

这样，此方法调用中的结构的生命周期与此结构包含的引用无关，并且可以更短。

更深入的解释如下。

您的定义本身并不是无稽之谈。例如:

struct IntRefWrapper<'a> {
    value: &'a i32
}

static X: i32 = 12345;
static Y: IntRefWrapper<'static> = IntRefWrapper { value: &X };

impl<'a> IntRefWrapper<'a> {
    fn update(&'a self) { ... }
}

Y.update();

在这里update()调用不会导致编译错误，因为两个生命周期(Y 和 X 的，引用包含在 Y 中)都是 'static .

让我们考虑您的示例，以进行比较:

impl<'a> MyStruct<'a> {
    fn new(arg : &'a i32) -> MyStruct<'a> {
        let initial = vec![Box::new(1), Box::new(2)];
        let mystruct = MyStruct { v : initial, p : &arg };

        mystruct.update();

        mystruct
    }
}

这里我们有一个生命周期参数，'a ，它由函数的调用者 提供。例如，调用者可以使用静态引用调用此函数:

static X: i32 = 12345;

MyStruct::new(&X);  // here &X has static lifetime

然而，当update()调用方法，mystruct生命周期受调用它的 block 的限制:

{
    let initial = vec![Box::new(1), Box::new(2)];
    let mystruct = MyStruct { v : initial, p : &arg };  // +
                                                        // |
    mystruct.update();                                  // |
                                                        // |
    mystruct                                            // |
}

自然地，借用检查器无法证明此生命周期与调用者提供的生命周期相同(对于任何可能的“外部”生命周期，它们确实不可能匹配)，因此它会抛出错误。

当像这样定义更新时:

fn update(&mut self) { ... }
// or, equivalently
fn update<'b>(&'b mut self) where 'a: 'b { ... }

然后当您调用它时，不再要求您调用此方法的值必须与 'a 一样长。 - 它足以活过小于或等于 'a 的任何生命周期- 函数内的生命周期完全符合这些要求。因此，您可以根据您的值调用此类方法，编译器不会报错。

此外(正如评论中所指出的)以下行确实无效，并且没有办法绕过它:

self.p = &self.v.last().unwrap();

此处借用检查失败，因为您试图将具有结构生命周期的引用存储到结构本身中。一般来说，这是无法完成的，因为它存在严重的稳健性问题。例如，假设您确实能够将此引用存储到结构中。但现在你不能改变 Vec<Box<i32>>在结构中，因为它可能会破坏先前存储的引用指向的元素，从而使代码内存不安全。

静态检查此类内容是不可能的，因此在借用检查级别上是不允许的。事实上，这只是一般借用检查规则的一个很好的结果。