调用可变self引用方法时的Rust生命周期错误解析

问题代码 #

struct CodeGenerator;
struct Command<'a> {
    command: &'a String,
}
struct Expression;

impl CodeGenerator {
    fn compile_push_arguments<'a>(
        &'a mut self,
        arguments: &'a Vec<Expression>,
    ) -> Vec<Command<'a>> {
        arguments
            .into_iter()
            .flat_map(|argument| self.compile_expression(argument))
            .collect()
    }

    fn compile_expression<'a>(&'a mut self, expression: &'a Expression) -> Vec<Command<'a>> {
        todo!()
    }
}

编译错误信息 #

error[E0495]: cannot infer an appropriate lifetime for autoref due to conflicting requirements
  --> src/main.rs:14:39
   |
14 |             .flat_map(|argument| self.compile_expression(argument))
   |                                       ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
   |
note: first, the lifetime cannot outlive the lifetime `'_` as defined here...
  --> src/main.rs:14:23
   |
14 |             .flat_map(|argument| self.compile_expression(argument))
   |                       ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
note: ...so that closure can access `self`
  --> src/main.rs:14:34
   |
14 |             .flat_map(|argument| self.compile_expression(argument))
   |                                  ^^^^
note: but, the lifetime must be valid for the lifetime `'a` as defined here...
  --> src/main.rs:8:31
   |
8  |     fn compile_push_arguments<'a>(
   |                               ^^
note: ...so that the types are compatible
  --> src/main.rs:12:9
   |
12 | /         arguments
13 | |             .into_iter()
14 | |             .flat_map(|argument| self.compile_expression(argument))
15 | |             .collect()
   | |______________________^
   = note: expected `Vec<Command<'a>>`
              found `Vec<Command<'_>>`

For more information about this error, try `rustc --explain E0495`.

用户疑问 #

• 此处的“autoref”发生在哪里？
• 当提示“首先，生命周期不能超过此处定义的'_生命周期”时，所指的是哪个生命周期？闭包是否会隐式创建自身的生命周期？
• 提示“以保证类型兼容”时，当前类型具体存在哪些不兼容的情况？

另外发现移除self引用中的mut关键字可修复问题，但不清楚原因。

错误成因与解答 #

1. autoref的位置 #

autoref发生在调用self.compile_expression的时刻。compile_expression要求接收&'a mut self，闭包捕获的self是&'a mut CodeGenerator类型，但每次调用方法时，Rust会自动生成一个临时引用（即autoref），这个临时引用的生命周期需要被推导，而这里出现了规则冲突。

2. 关于'_生命周期 #

这里的'_是闭包捕获self时生成的隐式匿名生命周期。闭包会捕获&mut self，Rust需要为这个捕获的引用分配一个生命周期，'_就是这个匿名生命周期的占位符。提示里的意思是：autoref生成的临时引用不能比闭包捕获的self的生命周期更长——毕竟临时引用源于闭包捕获的self，必然不能活得更久。

3. 类型不兼容的情况 #

函数compile_push_arguments声明返回Vec<Command<'a>>，但实际收集到的是Vec<Command<'_>>。'a是函数参数上定义的生命周期，代表self和arguments的存活周期；而'_是闭包内部的匿名生命周期，Rust无法证明'_和'a完全等价，因此判定Command<'a>和Command<'_>是不同类型，无法匹配返回值要求。

移除mut能修复的原因 #

当去掉self的mut后，compile_expression的签名变为&'a self，此时Rust的借用规则更宽松：共享引用（&self）可以被多次借用，且生命周期推导逻辑更简单。闭包捕获&self后，调用compile_expression生成的autoref生命周期可以直接和'a绑定——因为共享引用没有可变引用的排他性限制，Rust能推导出这个临时引用的生命周期足够长，满足返回值Vec<Command<'a>>的要求。而可变引用（&mut self）因排他性，闭包每次调用compile_expression都会重新借用self，这个新借用的生命周期无法被证明与'a一致，最终导致推导失败。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者dipea