Rust中无需Trait实现Env结构体持有同类型引用的问题

我需要定义一个名为Env的结构体，它可以包含一个对另一个Env的可变引用（称为parent）。在所有实际场景中，我能保证父Env的生命周期长于引用它的子Env，但不知道怎么在Rust类型系统里表达这一点。

首次尝试 #

最初写的代码如下：

struct Env<'a> {
    parent: Option<&'a mut Env<'a>>
}

这段代码能编译，但它强制父、子Env共享同一个生命周期参数，可实际中子Env的生命周期比父Env短，很快就会触发错误。

期望的逻辑 #

我想表达的逻辑大概是这样：

struct Env<'r> {
    parent: Option<&'r mut Env<'e>> where 'e : 'r
}

也就是父Env的生命周期'e要长于子Env持有的引用生命周期'r，但添加第二个生命周期参数后又回到了僵局。

失败示例 #

我正在学习《Crafting Interpreters》，需要用环境来追踪解释器中的值。我希望在Rust函数执行期间，用新环境包裹原有环境，函数退出后销毁新环境并还原原环境。下面是简化后的示例代码：

fn main() {
    let mut env = Env {
        parent: None,
        val: "Global".to_string(),
    };
    ex_block(3, &mut env);
}

struct Env<'a> {
    parent: Option<&'a mut Env<'a>>,
    val: String,
}

impl<'a> Env<'a> {
    fn walk_up(&mut self) {
        println!("{}", self.val);
        match &mut self.parent {
            Some(env) => { env.walk_up(); },
            None => { }
        }
    }
}

fn ex_block<'r, 'e>(further_levels: u8, env: &'r mut Env<'e>) {
    if further_levels > 0 {
        let mut child: Env = Env {
            /* 错误：该行要求'r必须比'e长，但这不可能成立 */
            parent: Some(env), 
            val: format!("Level {}", further_levels),
        };
        ex_block(further_levels-1, &mut child);
    } else {
        env.walk_up();
    }
}

为什么不选择其他方案？ #

为何不让Env拥有父环境的所有权？ #

当子环境生命周期结束后，原父环境仍需要保留，这正是借用的适用场景，所有权转移不符合需求。

为何不将所有Env存入内存池？ #

很多树结构资料建议用Vec存储节点并使用索引替代引用，但这只是通过模拟引用规避问题，安全性不如C++智能指针，我不想这么做。

为何不使用Trait技巧？ #

尝试过类似方案，结果触发了递归实例化超出限制的错误：

error: reached the recursion limit while instantiating ex_block::<Env<Env<Env<Env<Env<E...>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

使用dyn Trait虽然可行，但会引入运行时函数查找，我希望避免这种开销：

struct Env<'a> {
    parent: Option<&'a mut dyn EnvTrait>,
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Andrew Cramer