Rust所有权：实现可Push且支持成员不可变引用的向量容器

核心诉求 #

我需要一个存储不可变元素的向量，既要能持有其成员的短生命周期不可变引用，又支持向其中添加元素。

我正在开发一个替代浮点数的精确算术crate，该crate需实现Copy trait。由于表达式是递归结构，我参考了将递归层级存入Vec的实现思路。

代码示例 #

enum ExprData{
  Val(u32),
  Const{ch: char, f64: f64},
  Sum(Vec<(u32, ExprRef)>)
}

#[derive(Clone, Copy)] // 实际需要自己实现Clone，否则会尝试克隆Field或者报错Field未实现Copy
struct FieldRef<'a> {  
  index: usize,        
  field: &'a Field
}

#[derive(Clone, Copy)]
enum ExprRef<'a> {
  Val(FieldRef<'a>),
  Const(FieldRef<'a>),
  Sum(FieldRef<'a>)
}

struct Field {
  members: SpecialContainer<ExprData>,
}

impl Field {
  fn parse(&mut self, input: &str) -> ExprRef {
    assert_eq!(input, "π+1");
    let idx0 = self.maybe_add(ExprData::Const{ch: 'π', f64: f64::consts::PI});
    let idx1 = self.maybe_add(ExprData::Val(1));
    let idx2 = self.maybe_add(ExprData::Sum(vec![(1,ExprRef::Const(FieldRef{field: self, index: idx0})),(1,ExprRef::Val(FieldRef{field: self, index: idx1}))]));
    ExprRef::Sum(FieldRef{field: self, index: idx2})
  }

  fn maybe_add(&mut self, data: ExprData) -> usize {
    match self.members.position(&data) { // 需要判断相等性，用不可变引用最优；克隆求和向量效率极低
      Some(p) => p,                     
      None => {                         
        self.members.push(data); // 核心矛盾点：Push操作会导致已有引用失效
        self.members.len()-1
      }
    }
  }
}

fn main () {
  // Field: []
  let mut f = Field { members: SpecialContainer::new() };
  let pi_one: ExprRef = f.parse("π+1"); //
  // Field: [π, 1, 1+π]
  let two_pi_one = pi_one + pi_one;
  // collect_like_terms([f.get_sum(pi_one),f.get_sum(pi_one)].concat())
  // [1+π] + [1+π] -> [(1,1),(1,π),(1,1),(1,π)] -合并同类项-> [(2,1),(2,π)]
  // field.maybe_add(ExprData::Sum([(2,1),(2,π)])
  // Field: [π, 1, 1+π, 2+2π]
}

已考虑的方案 #

• Vec<OnceCell<ExprData>>：不支持Push操作，因为Push可能会移动数据，导致已有引用失效
• HashSet<ExprData>：不确定扩容时是否会移动数据，无法安全插入同时保留引用
• RefCell<Vec<ExprData>>：每次访问都需要克隆ExprData，不符合避免克隆的需求
• LinkedList<[OnceCell<ExprData>; CHUNK_SIZE]>：可行，但LinkedList追加仍需可变引用，不过Push不会移动底层数据
• AppendList<ExprData>：功能符合需求，但实现复杂度较高
• 基于Cow的实现：暂未明确可行路径

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Fee