如何在无泛型/生命周期的枚举中存储返回async闭包的类型擦除结果？

给定如下返回异步代码块的闭包：

|entity: &mut Entity| async move {
    entity.foo().await;
}

想要将它存储到一个不包含泛型参数或生命周期标注的枚举中，但直接使用 trait 对象擦除类型时，生命周期参数'a会渗透到枚举定义里，导致枚举必须带上泛型生命周期。

以下是最小可复现示例：

use std::future::Future;

struct Entity;
impl Entity {
    async fn foo(&mut self) {}
}

fn main() {
    erase_and_store(|entity: &mut Entity| async move {
        entity.foo().await;
    });
}

fn erase_and_store<'a, C, F>(closure: C) -> Task where
    C: FnOnce(&'a mut Entity) -> F,
    F: Future<Output = ()> + 'a {
    
    Task::Variant(/* 如何转换闭包以存储？ */)
}

enum Task {
    Variant(/* 存储闭包的类型？ */)
}

解决方案 #

核心思路是将闭包和其返回的 Future 都装箱为 trait 对象，同时让闭包的调用生命周期与返回 Future 的生命周期解耦，避免将显式生命周期绑定到枚举类型上。

修改后的代码如下：

use std::future::Future;
use std::pin::Pin;

struct Entity;
impl Entity {
    async fn foo(&mut self) {}
}

fn main() {
    erase_and_store(|entity: &mut Entity| async move {
        entity.foo().await;
    });
}

// 定义无泛型/生命周期的枚举
enum Task {
    Variant(Box<dyn FnOnce(&mut Entity) -> Pin<Box<dyn Future<Output = ()>>>>),
}

fn erase_and_store<C, F>(closure: C) -> Task
where
    C: FnOnce(&mut Entity) -> F + 'static,
    F: Future<Output = ()> + 'static,
{
    // 将闭包装箱，同时把返回的 Future 也装箱为 Pin<Box<dyn Future>>
    let erased_closure = Box::new(move |entity: &mut Entity| {
        let future = closure(entity);
        Box::pin(future) as Pin<Box<dyn Future<Output = ()>>>
    });
    Task::Variant(erased_closure)
}

说明 #

1. 类型擦除层级：我们做了两层类型擦除：

   • 外层将原始闭包擦除为Box<dyn FnOnce(&mut Entity) -> Pin<Box<dyn Future<Output = ()>>>>，这个 trait 对象默认携带'static生命周期，因此枚举无需标注泛型。
   • 内层将闭包返回的具体 Future 类型擦除为Pin<Box<dyn Future<Output = ()>>>，解决了 Future 类型依赖原始闭包生命周期的问题。

2. 'static 约束：这里要求闭包和返回的 Future 都是'static，是因为我们要将它们存储到无生命周期的枚举中。如果你的闭包需要捕获非'static变量，可以考虑将变量的所有权转移到闭包中，或者使用更复杂的自引用结构体方案（但会增加代码复杂度）。

3. Pin 的必要性：异步 Future 通常需要被固定（Pin）才能安全使用，因此返回的 Future 需要装箱为Pin<Box<dyn Future>>。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mallwright