Rust中如何定义可创建与自身引用同生命周期对象的Trait

核心需求 #

想要定义一个Trait，确保类型能通过自身引用（&'a self）创建另一个类型Item，且Item的生命周期与引用的'a一致，同时避免用无意义的生命周期污染Error这类关联类型。

偏好的Trait实现 #

我偏好的写法如下，它把生命周期放在关键位置，不会冗余标记其他类型：

trait T {
    type Item<'a> where Self: 'a;
    type Error;
    fn f<'a>(&'a mut self) -> Result<Self::Item<'a>, Self::Error>;
}

用示例类型S可以轻松实现这个Trait：

use std::convert::Infallible;

struct S(i32);
impl T for S {
    type Item<'a> = &'a i32;
    type Error = Infallible;
    fn f<'a>(&'a mut self) -> Result<Self::Item<'a>, Self::Error> {
        Ok(&self.0)
    }
}

泛型函数中的问题 #

下面这个不指定Item类型的泛型函数可以正常运行：

fn g<X: T>(x: X) -> Option<()> {
    let item = x.f().ok()?;
    Some(())
}

但一旦指定Item类型，代码就无法编译：

fn f<'a, X: T<Item<'a> = &'a i32> + 'a>(x: X) -> Option<()> {
    let item = x.f().ok()?;
    let y = item + 1;
    Some(())
}

报错信息：

argument requires that x is borrowed for 'a
x dropped here [the end of the fn] while still borrowed [no, it's not?]

其他尝试的Trait方案 #

方案U：未约束生命周期的Trait #

这种写法在泛型中能工作，但无法实现，因为描述Item需要的生命周期'a未被Trait或impl约束：

trait U {
    type Item;
    type Error;
    fn f(&'a mut self) -> Result<Self::Item, Self::Error>;
}

方案V：将生命周期/Item移至Trait参数 #

无论是否在f签名中包含'a，都会遇到和之前方案一样的问题：

// 和方案T问题相同
trait V1<'a, Item> {
    type Error;
    fn f(&'a self) -> Result<Item, Self::Error>;
}

// 和方案U问题相同
trait V2<'a, Item> {
    type Error;
    fn f(&self) -> Result<Item, Self::Error>;
}

方案W：基于TryFrom的变体 #

尝试用TryFrom来表达Trait，虽然可以实现，但调用时会出现奇怪错误：

trait W<'a> where Self: 'a {
    type Item: TryFrom<&'a Self>;
    fn f(&'a self) -> Result<Self::Item, <Self::Item as TryFrom<&'a Self>>::Error>
        {<Self::Item as TryFrom<&'a Self>>::try_from(self)} 
}

对应的泛型函数：

fn f<'a, X: W<'a, Item = &'a i32> + 'a>(x: X) -> Option<()>
{
    let item = x.f().ok()?;
    let y = item + 1;
    Some(())
}

报错信息：

the trait bound &'a i32: From<&'a X> is not satisfied
[which bound is both unnecessary and guaranteed to be implemented.]
the trait From<&'a X> is not implemented for &'a i32, which is required by &'a i32: TryFrom<&'a X> [no it's not and can't be?]

即使显式添加该约束，错误依然存在。

总结 #

我完全搞不懂为什么结构最合理的方案T和W会报错，其他方案只是临时替代。这个Trait本质是我之前定义的迭代器Trait"I"的开放式版本，I<Item = T>等价于T<'a, Item = I::Iter<'a>>，而那个迭代器Trait没有问题，因为它的泛型形式不引用生命周期'a。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ben