如何为Rust中的昂贵结构体定义同步的引用查找类型？

我有一个开销较高的结构体，想把它用作HashMap的键：

#[derive(Hash, Eq, PartialEq)]
struct Cat {
    name: String,
    image: Image,
}

我需要定义一种简单的“查找类型”——也就是由原结构体各字段的引用类型组成的结构体，这样就能同时使用HashMap<Cat, V>和find(CatRef) -> &V。直接用find(&Cat)的方案缺点很明显，比如明明有&'static str可用，却必须实例化String。

手动写下面的代码可行，但存在拥有型结构体和引用型结构体不同步的风险：

struct CatRef<'a> {
    name: &'a str,
    image: &'a Image,
}

// 还要保证Hash、Eq、PartialEq的实现和Cat完全一致

方法1：宏自动生成引用型结构体 #

写个自定义宏，根据原结构体的定义自动生成对应的引用型结构体，同时自动实现所需特征和转换方法。这样只要原结构体字段修改，宏生成的代码会同步更新，彻底避免不同步问题。

示例代码：

macro_rules! generate_ref_struct {
    ($orig:ident, $ref:ident) => {
        #[derive(Hash, Eq, PartialEq, Debug)]
        struct $ref<'a> {
            name: &'a str,
            image: &'a Image,
        }

        impl $orig {
            fn as_ref(&self) -> $ref<'_> {
                $ref {
                    name: &self.name,
                    image: &self.image,
                }
            }
        }

        // 实现Borrow特征，让HashMap能直接用CatRef查找
        impl<'a> std::borrow::Borrow<$ref<'a>> for $orig {
            fn borrow(&self) -> &$ref<'a> {
                &self.as_ref()
            }
        }
    };
}

// 调用宏生成CatRef
generate_ref_struct!(Cat, CatRef);

后续修改Cat的字段时，只要同步更新宏里的字段列表即可，不用手动维护两份结构体代码。

方法2：用泛型统一拥有/引用类型 #

把原结构体改成泛型形式，用泛型参数区分拥有型和引用型，这样只需要维护一份结构体定义：

#[derive(Hash, Eq, PartialEq, Debug)]
struct Cat<'a, Name, Image>
where
    Name: Eq + Hash + ?Sized,
    Image: Eq + Hash + ?Sized,
{
    name: Name,
    image: Image,
}

// 定义拥有型别名，方便使用
type OwnedCat = Cat<'static, String, Image>;
// 定义引用型别名
type CatRef<'a> = Cat<'a, &'a str, &'a Image>;

这种方式不用维护两份结构体，所有特征实现都基于泛型，修改字段只需要改一次。但缺点是泛型参数会增加代码复杂度，字段多的时候泛型列表会很长。

方法3：用元组作为查找键（简化方案） #

如果结构体字段不多，可以直接用元组当“查找键”，为Cat实现Borrow<(&str, &Image)>，不用额外定义结构体：

impl std::borrow::Borrow<(&str, &Image)> for Cat {
    fn borrow(&self) -> &(&str, &Image) {
        &(&self.name, &self.image)
    }
}

使用时直接用元组查找：

let map: HashMap<Cat, V> = ...;
let value = map.get(&("Whiskers", &some_image));

这种方式最简洁，但字段多的时候元组会变得难读难维护。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者OLEGSHA