Question

我无法表达Iterator实现的返回值的生命周期。如何在不更改迭代器的返回值的情况下编译此代码？我希望它能返回一个引用向量。

很明显，我没有正确使用生命周期参数，但在尝试了我放弃的各种方法之后，我不知道如何处理它。

use std::iter::Iterator;

struct PermutationIterator<T> {
    vs: Vec<Vec<T>>,
    is: Vec<usize>,
}

impl<T> PermutationIterator<T> {
    fn new() -> PermutationIterator<T> {
        PermutationIterator {
            vs: vec![],
            is: vec![],
        }
    }

    fn add(&mut self, v: Vec<T>) {
        self.vs.push(v);
        self.is.push(0);
    }
}

impl<T> Iterator for PermutationIterator<T> {
    type Item = Vec<&'a T>;
    fn next(&mut self) -> Option<Vec<&T>> {
        'outer: loop {
            for i in 0..self.vs.len() {
                if self.is[i] >= self.vs[i].len() {
                    if i == 0 {
                        return None; // we are done
                    }
                    self.is[i] = 0;
                    self.is[i - 1] += 1;
                    continue 'outer;
                }
            }

            let mut result = vec![];

            for i in 0..self.vs.len() {
                let index = self.is[i];
                result.push(self.vs[i].get(index).unwrap());
            }

            *self.is.last_mut().unwrap() += 1;

            return Some(result);
        }
    }
}

fn main() {
    let v1: Vec<_> = (1..3).collect();
    let v2: Vec<_> = (3..5).collect();
    let v3: Vec<_> = (1..6).collect();

    let mut i = PermutationIterator::new();
    i.add(v1);
    i.add(v2);
    i.add(v3);

    loop {
        match i.next() {
            Some(v) => {
                println!("{:?}", v);
            }
            None => {
                break;
            }
        }
    }
}

（Playground link）

error[E0261]: use of undeclared lifetime name `'a`
  --> src/main.rs:23:22
   |
23 |     type Item = Vec<&'a T>;
   |                      ^^ undeclared lifetime

Answer 1

据我所知，你想要迭代器将引用向量返回给自己，对吧？不幸的是，这在Rust中是不可能的。

这是精简的Iterator特征：

trait Iterator {
    type Item;
    fn next(&mut self) -> Option<Item>;
}

请注意，&mut self和Option<Item>之间没有终身连接。这意味着next()方法无法将引用返回到迭代器本身。您无法表达返回引用的生命周期。这基本上是你无法找到指定正确生命周期的方法的原因 - 它看起来像这样：

fn next<'a>(&'a mut self) -> Option<Vec<&'a T>>

，但这不是next()特征的有效Iterator方法。

这样的迭代器（可以将引用返回给自己的迭代器）称为流迭代器。如果需要，您可以找到更多here，here和here。

更新。但是，您可以从迭代器返回对其他结构的引用 - 这是大多数集合迭代器的工作方式。它看起来像这样：

pub struct PermutationIterator<'a, T> {
    vs: &'a [Vec<T>],
    is: Vec<usize>
}

impl<'a, T> Iterator for PermutationIterator<'a, T> {
    type Item = Vec<&'a T>;

    fn next(&mut self) -> Option<Vec<&'a T>> {
        ...
    }
}

注意'a块上现在声明了生命周期impl。可以这样做（事实上是必需的）因为你需要在结构上指定生命周期参数。然后，您可以在'a和Item返回类型中使用相同的next()。同样，这是大多数集合迭代器的工作原理。

Answer 2

@VladimirMatveev's answer如何解释为什么您的代码无法编译是正确的。简而言之，它表示迭代器不能从内部产生借来的值。

但是，它可以从其他东西中获得借来的价值。这是Vec和Iter所取得的成果：Vec拥有值，而Iter只是一个能够在{{1}内产生引用的包装器}。

这是一种可以实现您想要的设计。与Vec和Vec一样，迭代器只是实际拥有值的其他容器的包装器。

Iter

(Playground)

与您的初始问题无关。如果这只是我，我会确保所有借来的载体都是一次性的。我们的想法是删除对use std::iter::Iterator; struct PermutationIterator<'a, T: 'a> { vs : Vec<&'a [T]>, is : Vec<usize> } impl<'a, T> PermutationIterator<'a, T> { fn new() -> PermutationIterator<'a, T> { ... } fn add(&mut self, v : &'a [T]) { ... } } impl<'a, T> Iterator for PermutationIterator<'a, T> { type Item = Vec<&'a T>; fn next(&mut self) -> Option<Vec<&'a T>> { ... } } fn main() { let v1 : Vec<i32> = (1..3).collect(); let v2 : Vec<i32> = (3..5).collect(); let v3 : Vec<i32> = (1..6).collect(); let mut i = PermutationIterator::new(); i.add(&v1); i.add(&v2); i.add(&v3); loop { match i.next() { Some(v) => { println!("{:?}", v); } None => {break;} } } }的重复调用，并在构造时直接传递所有借用的向量：

add

(Playground)

（编辑：将迭代器设计更改为use std::iter::{Iterator, repeat}; struct PermutationIterator<'a, T: 'a> { ... } impl<'a, T> PermutationIterator<'a, T> { fn new(vs: Vec<&'a [T]>) -> PermutationIterator<'a, T> { let n = vs.len(); PermutationIterator { vs: vs, is: repeat(0).take(n).collect(), } } } impl<'a, T> Iterator for PermutationIterator<'a, T> { ... } fn main() { let v1 : Vec<i32> = (1..3).collect(); let v2 : Vec<i32> = (3..5).collect(); let v3 : Vec<i32> = (1..6).collect(); let vall: Vec<&[i32]> = vec![&v1, &v2, &v3]; let mut i = PermutationIterator::new(vall); }而不是Vec<&'a [T]>。使用引用容器比构建容器更容易参考容器。）

Answer 3

正如其他答案中所提到的，这被称为流迭代器，它需要Rust Iterator的不同保证。提供此类功能的一个箱子恰当地称为streaming-iterator，它提供StreamingIterator特征。

以下是实施特征的一个例子：

extern crate streaming_iterator;

use streaming_iterator::StreamingIterator;

struct Demonstration {
    scores: Vec<i32>,
    position: usize,
}

// Since `StreamingIterator` requires that we be able to call
// `advance` before `get`, we have to start "before" the first
// element. We assume that there will never be the maximum number of
// entries in the `Vec`, so we use `usize::MAX` as our sentinel value.
impl Demonstration {
    fn new() -> Self {
        Demonstration {
            scores: vec![1, 2, 3],
            position: std::usize::MAX,
        }
    }

    fn reset(&mut self) {
        self.position = std::usize::MAX;
    }
}

impl StreamingIterator for Demonstration {
    type Item = i32;

    fn advance(&mut self) {
        self.position = self.position.wrapping_add(1);
    }

    fn get(&self) -> Option<&Self::Item> {
        self.scores.get(self.position)
    }
}

fn main() {
    let mut example = Demonstration::new();

    loop {
        example.advance();
        match example.get() {
            Some(v) => {
                println!("v: {}", v);
            }
            None => break,
        }
    }

    example.reset();

    loop {
        example.advance();
        match example.get() {
            Some(v) => {
                println!("v: {}", v);
            }
            None => break,
        }
    }
}

不幸的是，在实现RFC 1598的generic associated types (GATs)之前，流式迭代器将受到限制。

Answer 4

我不久前写了这段代码，不知何故在这里偶然发现了这个问题。它完全符合问题的要求：它展示了如何实现一个迭代器，将其回调传递给自身的引用。

它为 .iter_map() 实例添加了一个 IntoIterator 方法。最初我认为它应该为 Iterator 本身实现，但这是一个不太灵活的设计决策。

我为它创建了一个小板条箱并将我的代码发布到 GitHub 上，以防您想尝试使用它，您can find it here。

WRT OP 在为项目定义生命周期时遇到了麻烦，我在依赖默认省略的生命周期时没有遇到任何此类问题。

这是一个用法示例。请注意，回调接收的参数是迭代器本身，回调预计会从中提取数据并按原样传递或执行任何其他操作。

 use iter_map::IntoIterMap;

 let mut b = true;

 let s = "hello world!".chars().peekable().iter_map(|iter| {
     if let Some(&ch) = iter.peek() {
         if ch == 'o' && b {
             b = false;
             Some('0')
         } else {
             b = true;
             iter.next()
         }
     } else { None }
 }).collect::<String>();

 assert_eq!(&s, "hell0o w0orld!");

因为 IntoIterMap 通用特征是为 IntoIterator 实现的，所以您可以从支持该接口的任何东西中获得“迭代映射”。例如，可以直接从数组中创建一个，如下所示：

use iter_map::*;

fn main() 
{
    let mut i = 0;

    let v = [1, 2, 3, 4, 5, 6].iter_map(move |iter| {
        i += 1;
        if i % 3 == 0 {
            Some(0)
        } else {
            iter.next().copied()
        }
    }).collect::<Vec<_>>();
 
    assert_eq!(v, vec![1, 2, 0, 3, 4, 0, 5, 6, 0]);
}

这是完整的代码 - 用这么少的代码来实现真是太神奇了，而且在将它们组合在一起时，一切似乎都运行得很顺利。它让我对 Rust 本身的灵活性及其设计决策有了新的认识。

/// Adds `.iter_map()` method to all IntoIterator classes.
///
impl<F, I, J, R, T> IntoIterMap<F, I, R, T> for J
//
where F: FnMut(&mut I) -> Option<R>,
      I: Iterator<Item = T>,
      J: IntoIterator<Item = T, IntoIter = I>,
{
    /// Returns an iterator that invokes the callback in `.next()`, passing it
    /// the original iterator as an argument. The callback can return any
    /// arbitrary type within an `Option`.
    ///
    fn iter_map(self, callback: F) -> ParamFromFnIter<F, I>
    {
        ParamFromFnIter::new(self.into_iter(), callback)
    }
}

/// A trait to add the `.iter_map()` method to any existing class.
///
pub trait IntoIterMap<F, I, R, T>
//
where F: FnMut(&mut I) -> Option<R>,
      I: Iterator<Item = T>,
{
    /// Returns a `ParamFromFnIter` iterator which wraps the iterator it's 
    /// invoked on.
    ///
    /// # Arguments
    /// * `callback`  - The callback that gets invoked by `.next()`.
    ///                 This callback is passed the original iterator as its
    ///                 parameter.
    ///
    fn iter_map(self, callback: F) -> ParamFromFnIter<F, I>;
}

/// Implements an iterator that can be created from a callback.
/// does pretty much the same thing as `std::iter::from_fn()` except the 
/// callback signature of this class takes a data argument.
pub struct ParamFromFnIter<F, D>
{
    callback: F,
    data: D,
}

impl<F, D, R> ParamFromFnIter<F, D>
//
where F: FnMut(&mut D) -> Option<R>,
{
    /// Creates a new `ParamFromFnIter` iterator instance.
    ///
    /// This provides a flexible and simple way to create new iterators by 
    /// defining a callback. 
    /// # Arguments
    /// * `data`      - Data that will be passed to the callback on each 
    ///                 invocation.
    /// * `callback`  - The callback that gets invoked when `.next()` is invoked
    ///                 on the returned iterator.
    ///    
    pub fn new(data: D, callback: F) -> Self
    {
        ParamFromFnIter { callback, data }
    }
}

/// Implements Iterator for ParamFromFnIter. 
///
impl<F, D, R> Iterator for ParamFromFnIter<F, D>
//
where F: FnMut(&mut D) -> Option<R>,
{
    type Item = R;
    
    /// Iterator method that returns the next item.
    /// Invokes the client code provided iterator, passing it `&mut self.data`.
    ///
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>
    {
        (self.callback)(&mut self.data)
    }
}

如何编写一个返回对自身引用的迭代器？

4 个答案: