如何在枚举中存储带指定生命周期的可变借用？

我希望在枚举变体中存储可变借用&mut Foo<'a>，直接使用该可变借用时一切正常，但将其放入枚举后却无法正常编译。简化后的代码如下：

use std::collections::HashMap;

#[derive(Debug)]
struct Foo<'a> {
    shared_ref: &'a usize,
    child_foos: HashMap<usize, Foo<'a>>,
}
impl<'a> Foo<'a> {
    
    // 获取子Foo的“裸”可变引用——可以正常工作！
    pub fn get_handle(&mut self, id: usize) -> &mut Foo<'a> {
        self.child_foos.get_mut(&id).unwrap()
    }

    // !!! 获取封装在枚举中的子Foo可变引用——无法正常工作 !!!
    pub fn get_handle_in_enum(&mut self, id: usize) -> Handle {
        Handle::Foo(self.child_foos.get_mut(&id).unwrap())
    }
}

// 注意：编译器要求使用&'a mut Foo<'a>。问题：为何需要&'a mut（即为何不能使用&mut Foo<'a>）？
enum Handle<'a> {
    Foo(&'a mut Foo<'a>),
}

问题1 #

为什么枚举定义中必须使用&'a mut Foo<'a>？我希望改用&mut Foo<'a>，怀疑这是后续编译错误的根源。

问题2 #

编译代码时出现了一些令人困惑的错误，其中一条错误中编译器表示“找到了它期望的内容”？错误信息如下：

error[E0495]: cannot infer an appropriate lifetime for lifetime parameter `'a` due to conflicting requirements
  --> src/main.rs:39:9
   |
39 |         Handle::Foo(self.child_foos.get_mut(&id).unwrap())
   |         ^^^^^^^^^^^
   |
note: first, the lifetime cannot outlive the anonymous lifetime defined here...
  --> src/main.rs:38:31
   |
38 |     pub fn get_handle_in_enum(&mut self, id: usize) -> Handle {
   |                               ^^^^^^^^^
note: ...so that the types are compatible
  --> src/main.rs:39:9
   |
39 |         Handle::Foo(self.child_foos.get_mut(&id).unwrap())
   |         ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
   = note: expected `Handle<'_>`
              found `Handle<'_>`
note: but, the lifetime must be valid for the lifetime `'a` as defined here...
  --> src/main.rs:30:6
   |
30 | impl<'a> Foo<'a> {
   |      ^^
note: ...so that the expression is assignable
  --> src/main.rs:39:21
   |
39 |         Handle::Foo(self.child_foos.get_mut(&id).unwrap())
   |                     ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
   = note: expected `&mut Foo<'_>`
              found `&mut Foo<'a>`

For more information about this error, try `rustc --explain E0495`.
error: could not compile `enum_mut_borrow` due to previous error

问题解答 #

针对问题1：生命周期绑定的误区

当你写&mut Foo<'a>时，Rust会自动为这个可变引用分配一个独立的匿名生命周期（比如'b），也就是实际类型是&'b mut Foo<'a>——其中'b是可变引用本身的存活时间，'a是Foo内部shared_ref的存活时间，两者本不需要关联。

但你原来的Handle<'a>只声明了一个生命周期参数，编译器会强制把引用的生命周期'b和Foo的生命周期'a绑定在一起，因此要求你写成&'a mut Foo<'a>。这是一个不必要的强约束，直接导致了后续的生命周期冲突。

正确的做法是给枚举声明两个独立的生命周期参数，明确区分引用的生命周期和Foo内部引用的生命周期：

enum Handle<'ref_life, 'foo_life> {
    Foo(&'ref_life mut Foo<'foo_life>),
}

针对问题2：生命周期冲突的本质

编译错误的核心是生命周期不匹配：

• 函数get_handle_in_enum中的&mut self带有一个匿名生命周期（比如'b），调用get_mut返回的是&'b mut Foo<'a>——这个引用的存活时间只能和self的借用周期一样长。
• 但原来的Handle<'a>要求引用的生命周期必须是'a（和Foo内部的shared_ref一致），而'b是函数调用的临时生命周期，必然短于'a，因此编译器无法满足这个矛盾的要求，抛出错误。

那个看似矛盾的expected Handle<'_>, found Handle<'_>提示，本质是编译器在推断时，一方面期望Handle的生命周期是'b（和&mut self一致），另一方面又因为枚举的旧定义被迫要求是'a，两个'_代表的是不同的匿名生命周期，所以出现了这种“字面一致但实际不同”的情况。

修正后的完整代码 #

use std::collections::HashMap;

#[derive(Debug)]
struct Foo<'a> {
    shared_ref: &'a usize,
    child_foos: HashMap<usize, Foo<'a>>,
}

impl<'a> Foo<'a> {
    // 获取子Foo的可变引用——正常工作
    pub fn get_handle(&mut self, id: usize) -> &mut Foo<'a> {
        self.child_foos.get_mut(&id).unwrap()
    }

    // 获取封装在枚举中的子Foo可变引用——修正后正常工作
    pub fn get_handle_in_enum(&mut self, id: usize) -> Handle<'_, 'a> {
        Handle::Foo(self.child_foos.get_mut(&id).unwrap())
    }
}

// 两个独立生命周期：'ref_life是可变引用的生命周期，'foo_life是Foo内部引用的生命周期
enum Handle<'ref_life, 'foo_life> {
    Foo(&'ref_life mut Foo<'foo_life>),
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Corvus