Rust求助：`&`引用数据无法被可变借用的问题

问题描述 #

我是Rust新手，尝试将Animal Trait对象存储到向量中时遇到了编译错误，代码和错误信息如下：

实现代码 #

mod TestAnimal {
    use crate::stack;

    pub trait Animal {
        fn diagnose(&self) -> Result<(), stack::service::ServiceError>;
    }

    pub struct Hospital {
        animals: Vec<Box<dyn Animal>>,
    }

    static mut HOSPITAL: Hospital = Hospital { animals: Vec::new() };

    impl Hospital {
        pub fn add_animal(&mut self, animal: Box<dyn Animal>) {
            self.animals.push(animal);
        }
    }

    pub fn get_hospital() -> &'static Hospital {
        unsafe {
            return &HOSPITAL;
        }
    }
}

#[test]
fn test_hospital() {
    pub struct Cat;
    impl TestAnimal::Animal for Cat {
        fn diagnose(&self) -> Result<(), stack::service::ServiceError> {
            return Ok(());
        }
    }

    TestAnimal::get_hospital().add_animal(Box::new(Cat {}));
}

错误信息 #

error[E0596]: cannot borrow data in a `&` reference as mutable
  --> src/main.rs:45:5
   |
45 |     TestAnimal::get_hospital().add_animal(Box::new(Cat {}));
   |     ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ cannot borrow as mutable

解决方案 #

错误核心原因：get_hospital()返回的是不可变引用&'static Hospital，但add_animal方法需要可变引用&mut self，Rust的借用规则禁止通过不可变引用调用可变方法。另外，直接使用static mut属于不安全操作，存在线程安全和数据竞争风险，不推荐。

方案1：临时修复（保留static mut，不推荐） #

修改get_hospital返回可变引用，调用时必须包裹在unsafe块中：

// 修改TestAnimal模块中的get_hospital
pub unsafe fn get_hospital_mut() -> &'static mut Hospital {
    &mut HOSPITAL
}

// 测试函数中调用
#[test]
fn test_hospital() {
    pub struct Cat;
    impl TestAnimal::Animal for Cat {
        fn diagnose(&self) -> Result<(), stack::service::ServiceError> {
            Ok(())
        }
    }

    unsafe {
        TestAnimal::get_hospital_mut().add_animal(Box::new(Cat {}));
    }
}

方案2：安全全局状态实现（推荐） #

使用once_cell crate创建线程安全的全局可变状态，避免unsafe代码：

1. 在Cargo.toml添加依赖：once_cell = "1.19.0"
2. 修改TestAnimal模块：

mod TestAnimal {
    use crate::stack;
    use once_cell::sync::Lazy;
    use std::sync::Mutex;

    pub trait Animal {
        fn diagnose(&self) -> Result<(), stack::service::ServiceError>;
    }

    pub struct Hospital {
        animals: Vec<Box<dyn Animal>>,
    }

    static HOSPITAL: Lazy<Mutex<Hospital>> = Lazy::new(|| {
        Mutex::new(Hospital { animals: Vec::new() })
    });

    impl Hospital {
        pub fn add_animal(&mut self, animal: Box<dyn Animal>) {
            self.animals.push(animal);
        }
    }

    pub fn get_hospital() -> &'static Lazy<Mutex<Hospital>> {
        &HOSPITAL
    }
}

#[test]
fn test_hospital() {
    pub struct Cat;
    impl TestAnimal::Animal for Cat {
        fn diagnose(&self) -> Result<(), stack::service::ServiceError> {
            Ok(())
        }
    }

    // 锁定Mutex获取可变引用
    let mut hospital = TestAnimal::get_hospital().lock().unwrap();
    hospital.add_animal(Box::new(Cat {}));
}

此方案既遵守Rust借用规则，又避免了static mut的安全风险，同时保证线程安全。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Daniel