为何Rust无法将带生命周期参数的异步函数强制转换为函数指针？

问题代码 #

use std::future::Future;

async fn takes_i32_ref<'a>(r: &'a i32) { }

fn takes_fn<F: Future>(f: for<'a> fn(&'a i32) -> F) { }

fn main() {
    takes_fn(takes_i32_ref);
}

编译错误 #

error[E0308]: mismatched types
 --> src/main.rs:8:14
  |
8 |     takes_fn(takes_i32_ref);
  |     -------- ^^^^^^^^^^^^^ one type is more general than the other
  |     |
  |     arguments to this function are incorrect
  |
  = note: expected fn pointer `for<'a> fn(&'a i32) -> _`
                found fn item `for<'a> fn(&'a i32) -> impl for<'a> Future<Output = ()> {takes_i32_ref}`
note: function defined here
 --> src/main.rs:5:4
  |
5 | fn takes_fn<F: Future>(f: for<'a> fn(&'a i32) -> F) { }
  |    ^^^^^^^^            ---------------------------

问题原因 #

你写的takes_fn要求传入的函数指针不管输入的生命周期'a是什么，都返回同一个固定的Future类型F。但异步函数takes_i32_ref的行为不一样：它返回的Future类型是和输入的生命周期'a绑定的——不同的'a对应不同的Future类型，也就是错误信息里的impl for<'a> Future，这是一个“高阶”的Future约束，没法被单一的F类型覆盖，所以编译器报类型不匹配。

至于去掉引用后错误消失，是因为没有生命周期参数时，异步函数返回的Future类型是固定的，不需要随输入参数变化，刚好能匹配takes_fn里单一的F约束。

解决方案 #

方案1：让Future类型跟随生命周期变化 #

调整takes_fn的泛型约束，要求返回的Future类型是和输入生命周期绑定的类型构造器：

use std::future::Future;

async fn takes_i32_ref<'a>(r: &'a i32) { }

fn takes_fn<F>(f: for<'a> fn(&'a i32) -> F<'a>)
where
    for<'a> F<'a>: Future<Output = ()>,
{ }

fn main() {
    takes_fn(takes_i32_ref);
}

方案2：用泛型接受高阶函数约束 #

如果不需要严格的函数指针，而是可以接受任意函数项/闭包，直接用泛型约束函数满足“对任意'a，接受&'a i32并返回对应Future”：

use std::future::Future;

async fn takes_i32_ref<'a>(r: &'a i32) { }

fn takes_fn<Func>(f: Func)
where
    Func: for<'a> Fn(&'a i32) -> impl Future<Output = ()>,
{ }

fn main() {
    takes_fn(takes_i32_ref);
}

这种写法更灵活，能兼容函数项、函数指针甚至闭包。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jrpear