Question

我在Rust中创建了一个数据结构，我想为它创建迭代器。不可变的迭代器很容易。我目前有这个，它工作正常：

// This is a mock of the "real" EdgeIndexes class as
// the one in my real program is somewhat complex, but
// of identical type

struct EdgeIndexes;

impl Iterator for EdgeIndexes {
    type Item = usize;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        Some(0)
    }

    fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
        (0, None)
    }
}

pub struct CGraph<E> {
    nodes: usize,
    edges: Vec<E>,
}

pub struct Edges<'a, E: 'a> {
    index: EdgeIndexes,
    graph: &'a CGraph<E>,
}

impl<'a, E> Iterator for Edges<'a, E> {
    type Item = &'a E;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        match self.index.next() {
            None => None,
            Some(x) => Some(&self.graph.edges[x]),
        }
    }

    fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
        self.index.size_hint()
    }
}

我想创建一个返回可变引用的迭代器。我尝试过这样做，但找不到让它编译的方法：

pub struct MutEdges<'a, E: 'a> {
    index: EdgeIndexes,
    graph: &'a mut CGraph<E>,
}

impl<'a, E> Iterator for MutEdges<'a, E> {
    type Item = &'a mut E;

    fn next(&mut self) -> Option<&'a mut E> {
        match self.index.next() {
            None => None,
            Some(x) => self.graph.edges.get_mut(x),
        }
    }

    fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
        self.index.size_hint()
    }
}

编译此结果会导致以下错误：

error[E0495]: cannot infer an appropriate lifetime for lifetime parameter in function call due to conflicting requirements
  --> src/lib.rs:54:24
   |
54 |             Some(x) => self.graph.edges.get_mut(x),
   |                        ^^^^^^^^^^^^^^^^
   |
note: first, the lifetime cannot outlive the anonymous lifetime #1 defined on the method body at 51:5...
  --> src/lib.rs:51:5
   |
51 | /     fn next(&mut self) -> Option<&'a mut E> {
52 | |         match self.index.next() {
53 | |             None => None,
54 | |             Some(x) => self.graph.edges.get_mut(x),
55 | |         }
56 | |     }
   | |_____^
note: ...so that reference does not outlive borrowed content
  --> src/lib.rs:54:24
   |
54 |             Some(x) => self.graph.edges.get_mut(x),
   |                        ^^^^^^^^^^^^^^^^
note: but, the lifetime must be valid for the lifetime 'a as defined on the impl at 48:6...
  --> src/lib.rs:48:6
   |
48 | impl<'a, E> Iterator for MutEdges<'a, E> {
   |      ^^
   = note: ...so that the expression is assignable:
           expected std::option::Option<&'a mut E>
              found std::option::Option<&mut E>

我不确定如何解释这些错误以及如何更改我的代码以允许MutEdges返回可变引用。

链接到playground with code。

Answer 1

你不能编译它，因为可变引用比不可变引用更具限制性。一个说明问题的缩短版本是：

struct MutIntRef<'a> {
    r: &'a mut i32
}

impl<'a> MutIntRef<'a> {
    fn mut_get(&mut self) -> &'a mut i32 {
        &mut *self.r
    }
}

fn main() {
    let mut i = 42;
    let mut mir = MutIntRef { r: &mut i };
    let p = mir.mut_get();
    let q = mir.mut_get();
    println!("{}, {}", p, q);
}

产生相同的错误：

error[E0495]: cannot infer an appropriate lifetime for borrow expression due to conflicting requirements
 --> src/main.rs:7:9
  |
7 |         &mut *self.r
  |         ^^^^^^^^^^^^
  |
note: first, the lifetime cannot outlive the anonymous lifetime #1 defined on the method body at 6:5...
 --> src/main.rs:6:5
  |
6 | /     fn mut_get(&mut self) -> &'a mut i32 {
7 | |         &mut *self.r
8 | |     }
  | |_____^
note: ...so that reference does not outlive borrowed content
 --> src/main.rs:7:9
  |
7 |         &mut *self.r
  |         ^^^^^^^^^^^^
note: but, the lifetime must be valid for the lifetime 'a as defined on the impl at 5:6...
 --> src/main.rs:5:6
  |
5 | impl<'a> MutIntRef<'a> {
  |      ^^
note: ...so that reference does not outlive borrowed content
 --> src/main.rs:7:9
  |
7 |         &mut *self.r
  |         ^^^^^^^^^^^^

如果我们看一下main函数，我们得到两个名为p和q的可变引用，它们都是i的内存位置的别名。这是不允许的。在Rust中，我们不能有两个别名可用的可变引用。这种限制的动机是观察到突变和混叠在记忆安全方面不能很好地发挥作用。因此，编译器拒绝代码是件好事。如果像这样的东西编译，很容易得到各种内存损坏错误。

Rust避免这种危险的方式是保持最多一个可变引用可用。因此，如果你想基于对Y所拥有的Y的可变引用创建对X的可变引用，我们最好确保只要存在对X的引用，我们就不能触及另一个引用你了在Rust中，这是通过一生和借用来实现的。编译器认为在这种情况下借用原始引用，这也会影响结果引用的生命周期参数。如果我们改变

fn mut_get(&mut self) -> &'a mut i32 {
    &mut *self.r
}

到

fn mut_get(&mut self) -> &mut i32 { // <-- no 'a anymore
    &mut *self.r // Ok!
}

编译器停止抱怨此get_mut函数。它现在返回一个带有与&self匹配而不再与'a匹配的lifetime参数的引用。这使mut_get成为您借用＆＃34; self。这就是编译器抱怨不同位置的原因：

error[E0499]: cannot borrow `mir` as mutable more than once at a time
  --> src/main.rs:15:13
   |
14 |     let p = mir.mut_get();
   |             --- first mutable borrow occurs here
15 |     let q = mir.mut_get();
   |             ^^^ second mutable borrow occurs here
16 |     println!("{}, {}", p, q);
   |                        - first borrow later used here

显然，编译器确实确实考虑借用mir。这很好。这意味着现在只有一种方法可以到达i：p的内存位置。

现在您可能想知道：标准库作者如何设法编写可变向量迭代器？答案很简单：他们使用了不安全的代码。没有其他办法。 Rust编译器根本不知道每当你向下一个元素请求一个可变向量迭代器时，你每次都得到一个不同的引用，并且两次都不会引用相同的引用。当然，我们知道这样的迭代器不会给你两次相同的引用，这样就可以安全地提供你习惯的这种接口。我们不需要＆＃34;冻结＆＃34;这样的迭代器。如果引用迭代器返回不重叠，则不的安全性必须借用迭代器来访问元素。在内部，这是使用不安全的代码（将原始指针转换为引用）来完成的。

问题的简单解决方案可能依赖于MutItems。这已经是一个库提供的向量上的可变迭代器。因此，您可能只是使用它而不是您自己的自定义类型，或者您可以将其包装在自定义迭代器类型中。如果由于某种原因你不能这样做，你将不得不编写自己的不安全代码。如果你这样做，请确保

您不能创建多个别名的可变引用。如果你这样做，这将违反Rust规则并调用未定义的行为。
您不要忘记使用PhantomData类型告诉编译器您的迭代器是类似引用的类型，其中不允许使用较长的生命周期替换生命周期，否则可能会创建悬空迭代器

如何使用返回可变引用的迭代器创建自己的数据结构？

1 个答案: