Rust生命周期错误：无法返回引用局部变量的结构体（rusb场景）

问题场景 #

使用rusb库开发USB设备交互的Rust项目时，遇到生命周期管理问题：无法返回包含引用的结构体，因为引用指向嵌套循环内的局部变量，导致编译报错。

rusb crate 核心代码片段 #

rusb中的InterfaceDescriptor是引用类型，依赖外部数据的生命周期：

pub struct InterfaceDescriptors<'a> {
    iter: slice::Iter<'a, libusb_interface_descriptor>,
}

impl<'a> Iterator for InterfaceDescriptors<'a> {
    type Item = InterfaceDescriptor<'a>;

    fn next(&mut self) -> Option<InterfaceDescriptor<'a>> {
        self.iter.next().map(|descriptor| InterfaceDescriptor { descriptor })
    }

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

pub struct InterfaceDescriptor<'a> {
    descriptor: &'a libusb_interface_descriptor,
}

我的项目代码片段 #

尝试返回持有InterfaceDescriptor引用的ABC结构体时触发错误：

use rusb::{Device, Context, UsbContext};

pub struct ABC<'a> {
    /// USB接口描述符
    usb_interface_descriptor: &'a rusb::InterfaceDescriptor<'a>,
}

impl<'a> ABC<'a> {
    pub fn find_compatible_device(
        usb_device: &'a Device<Context>,
    ) -> anyhow::Result<Option<ABC<'a>>, rusb::Error> {
        let dev_descriptor = usb_device.device_descriptor()?;
        for cfg_index in 0..dev_descriptor.num_configurations() {
            let cfg_descriptor = usb_device.config_descriptor(cfg_index)?;
            for interface in cfg_descriptor.interfaces() {
                for descriptor in interface.descriptors() {
                    // <!------ 错误发生位置 ------>
                    return Ok(Some(ABC {
                        usb_interface_descriptor: &descriptor,
                    }));
                }
            }
        }
        Ok(None)
    }
}

编译错误信息 #

error[E0515]: cannot return value referencing local variable `cfg_descriptor`
  --> src/test.rs:20:28
   |
17 |               for interface in cfg_descriptor.interfaces() {
   |                                -------------- `cfg_descriptor` is borrowed here
...
20 |                       return Ok(Some(ABC {
   |  ____________________________^
21 | |                         usb_interface_descriptor: &descriptor,
22 | |                     }));
   | |_______________________^ returns a value referencing data owned by the current function

error[E0515]: cannot return value referencing local variable `descriptor`
  --> src/test.rs:20:28
   |
20 |                       return Ok(Some(ABC {
   |  ____________________________^
21 | |                         usb_interface_descriptor: &descriptor,
   | |                                                   ----------- `descriptor` is borrowed here
22 | |                     }));
   | |_______________________^ returns a value referencing data owned by the current function

重构方案 #

问题根源是cfg_descriptor是函数内局部变量，生命周期仅覆盖循环范围，返回的引用会变成悬垂引用。由于InterfaceDescriptor是引用类型无法直接克隆，可通过以下两种方式解决：

方案一：复制原始描述符结构体，使用拥有所有权的类型 #

libusb_interface_descriptor是纯数据结构体，实现了Copy trait，可直接复制内部数据，让ABC拥有所有权而非引用：

use rusb::{Device, Context, UsbContext, InterfaceDescriptor};
use libusb1_sys::libusb_interface_descriptor;

pub struct ABC {
    /// 拥有所有权的USB接口描述符
    usb_interface_descriptor: libusb_interface_descriptor,
}

impl ABC {
    pub fn find_compatible_device(
        usb_device: &Device<Context>,
    ) -> anyhow::Result<Option<ABC>, rusb::Error> {
        let dev_descriptor = usb_device.device_descriptor()?;
        for cfg_index in 0..dev_descriptor.num_configurations() {
            let cfg_descriptor = usb_device.config_descriptor(cfg_index)?;
            for interface in cfg_descriptor.interfaces() {
                for descriptor in interface.descriptors() {
                    // 复制原始描述符结构体（利用Copy trait）
                    let owned_desc = *descriptor.descriptor();
                    return Ok(Some(ABC {
                        usb_interface_descriptor: owned_desc,
                    }));
                }
            }
        }
        Ok(None)
    }
}

方案二：提取所需字段，避免保存整个引用 #

如果不需要完整的描述符结构体，可直接提取业务所需字段存入ABC，彻底消除生命周期依赖：

use rusb::{Device, Context, UsbContext};

pub struct ABC {
    interface_number: u8,
    endpoint_count: u8,
    // 根据需求添加其他字段
}

impl ABC {
    pub fn find_compatible_device(
        usb_device: &Device<Context>,
    ) -> anyhow::Result<Option<ABC>, rusb::Error> {
        let dev_descriptor = usb_device.device_descriptor()?;
        for cfg_index in 0..dev_descriptor.num_configurations() {
            let cfg_descriptor = usb_device.config_descriptor(cfg_index)?;
            for interface in cfg_descriptor.interfaces() {
                for descriptor in interface.descriptors() {
                    return Ok(Some(ABC {
                        interface_number: descriptor.interface_number(),
                        endpoint_count: descriptor.num_endpoints(),
                    }));
                }
            }
        }
        Ok(None)
    }
}

说明 #

两种方案都通过转移所有权或消除引用依赖解决了生命周期问题，方案二更轻量，仅保留必要数据；方案一保留完整描述符，适合需要直接操作原始字段的场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ganesh Rathinavel