使用reikna crate动态生成被积函数遇生命周期错误的解决方法

问题场景 #

我想用reikna crate计算函数积分，但动态生成待积分函数时出现异常。我的代码如下：

use reikna::integral::*;
use reikna::func;

fn calc(i: f64) -> f64 {
    let f = func!(|x| i + x);
    return integrate(&f, 0.0, 100.0);
}


fn main() {
    let res = calc(50.0);
    println!("The result is: {}", res);
}

错误信息 #

运行后抛出以下错误：

error[E0597]: `i` does not live long enough
 --> src/main.rs:5:23
  |
5 |     let f = func!(|x| i + x);
  |             ----------^-----
  |             |     |   |
  |             |     |   borrowed value does not live long enough
  |             |     value captured here
  |             type annotation requires that `i` is borrowed for `'static`
6 |     return integrate(&f, 0.0, 100.0);
7 | }
  |  - `i` dropped here while still borrowed

For more information about this error, try `rustc --explain E0597`.

问题根源（基于crate简化实现） #

研究reikna的实现逻辑后，其核心简化代码如下：

pub use std::rc::Rc;
pub type Function = Rc<dyn Fn(f64) -> f64>;

#[macro_export]
macro_rules! func {
    ($e:expr) => (Rc::new($e) as Function);
}

fn print_3_next_numbers(i: f64) {
    let f = func!(|x| 1.0 + x);
    println!("The next +1 number is: {}", f(1.0));
    println!("The next +2 number is: {}", f(2.0));
    println!("The next +3 number is: {}", f(3.0));
}


fn main() {
    print_3_next_numbers(50.0);
}

解决方案 #

问题出在func!宏生成的Function类型是Rc<dyn Fn(f64) -> f64>，这个trait对象默认要求'static生命周期。而闭包|x| i + x默认是借用i，当calc函数结束时i被销毁，闭包引用就失效了。

解决方法是让闭包捕获i的所有权，而不是借用：

use reikna::integral::*;
use reikna::func;

fn calc(i: f64) -> f64 {
    // 使用move关键字转移i的所有权到闭包中
    let f = func!(move |x| i + x);
    integrate(&f, 0.0, 100.0)
}

fn main() {
    let res = calc(50.0);
    println!("The result is: {}", res);
}

原理说明 #

• move关键字会让闭包捕获变量的所有权，而非默认的借用。这样i会被移动（或复制，因为f64是Copy类型）到闭包内部，和闭包一起被包裹在Rc中，生命周期与闭包一致，满足'static的要求——只要Rc存在，i就不会被销毁。
• 由于f64是Copy类型，move操作实际是复制一份i到闭包中，不会影响原变量的后续使用（不过在这个场景中原变量i也不会再被用到）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pierre Neumann