Rust中含借用成员的结构体生命周期报错问题及求解

初始可运行代码 #

第一个例子中，结构体不包含引用字段，代码可正常编译：

struct SomeBigStructWithValues { values: Vec<isize>, other_big_crazy_stuff: usize, }
impl SomeBigStructWithValues {
    fn merge(&mut self, other: &Self){
        for (_i, val) in other.values.iter().enumerate() {
            self.values.push(val-0);
        }
    }
}
fn main() {
    let mut a = SomeBigStructWithValues { values: vec![0, 1], other_big_crazy_stuff: 1<<10 };
    loop {
        let b = SomeBigStructWithValues { values: vec![2, 3, 4], other_big_crazy_stuff: 1<<10 };
        a.merge(&b);
        break;
    }
    println!("{:?}", a.values);
}

这段代码能通过检查，是因为merge仅复制b.values中的数值到a的向量里，不会让a持有任何指向b的引用。借用检查器能确认：只要merge执行期间b的引用有效即可，循环结束后b销毁完全不影响a后续的使用。

添加引用后的编译失败代码 #

当结构体加入Config引用字段后，代码编译报错：

#[derive(Clone)]
struct Config{}
const ConfigA: Config = Config{};
const ConfigB: Config = Config{};

struct SomeBigStructWithValues<'a> {
    globals: &'a Config,
    values: Vec<isize>,
    other_big_crazy_stuff: usize,
}

impl SomeBigStructWithValues<'_> {
    fn merge(&mut self, other: &Self){
        for (_i, val) in other.values.iter().enumerate() {
            self.values.push(val-0);
        }
    }
}

fn main() {
    let mut a = SomeBigStructWithValues { globals: &ConfigA, values: vec![0, 1], other_big_crazy_stuff: 1<<10 };
    loop {
        let localConfig = ConfigB.clone();
        // code that changes localConfig
        let b = SomeBigStructWithValues { globals: &localConfig, values: vec![2, 3, 4], other_big_crazy_stuff: 1<<10 };
        a.merge(&b);
        break;
    }
    println!("{:?}", a.values);
}

编译错误信息：

error[E0597]: `localConfig` does not live long enough
 --> src/main.rs:26:52
|
24 |         let localConfig = ConfigB.clone();
|             ----------- binding `localConfig` declared here
25 |         // code that changes localConfig
26 |         let b = SomeBigStructWithValues { globals: &localConfig, values: vec![2, 3, 4], other_big_crazy_stuff: 1<<10 };
|                                                    ^^^^^^^^^^^^ borrowed value does not live long enough
...
29 |     }
|     - `localConfig` dropped here while still borrowed
30 |     println!("{:?}", a.values);
|                      -------- borrow later used here

差异原因分析 #

第一个例子的结构体是完全拥有自身数据的类型，没有引用字段。借用检查器只需要保证merge执行时b的引用有效，无需关心b的生命周期是否覆盖a的整个生命周期。

第二个例子中，结构体带生命周期参数'a，表示globals引用的生命周期必须和结构体实例一致。当你写impl SomeBigStructWithValues<'_>时，编译器会自动推导为：

impl<'a> SomeBigStructWithValues<'a> {
    fn merge(&'a mut self, other: &'a Self) {
        // ...
    }
}

这会把self（也就是a，生命周期覆盖整个main函数）和other（也就是b，生命周期受限于循环内的localConfig）的生命周期强行绑定。哪怕merge根本没用到globals字段，编译器也会基于结构体的生命周期约束进行检查，不会因为函数未使用某个字段就放宽规则。

解决方法：手动指定生命周期注解 #

你可以手动为merge函数指定不同的生命周期，解除self和other的绑定：

impl<'a, 'b> SomeBigStructWithValues<'a> {
    fn merge(&mut self, other: &'b Self) {
        for (_i, val) in other.values.iter().enumerate() {
            self.values.push(val - 0);
        }
    }
}

这里'a是self的生命周期，'b是other的生命周期，两者无需一致。编译器现在能识别出merge只要求other在函数执行期间有效，不需要和self的生命周期匹配，代码即可正常编译。

更简洁的写法是使用匿名生命周期：

impl<'a> SomeBigStructWithValues<'a> {
    fn merge(&mut self, other: &Self<'_>) {
        // ...
    }
}

&Self<'_>表示other可以是任意生命周期的SomeBigStructWithValues实例，无需和self的'a绑定。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者David S.