Rust中带返回生命周期的函数类型绑定实现问题

考虑如下函数：

fn f(v: &[usize]) -> impl Iterator<Item = usize> + '_ {
    v.iter().cloned()
}

需求是编写泛型函数g，它可以接收任意和f签名相同的函数作为参数，并且能够以多种不同的生命周期调用该传入函数，判断该需求是否可以实现。

方案1 #

最初的实现代码如下：

fn g<F>(f: F)
where
    F: for<'a> Fn(&'a [usize]) -> (impl Iterator<Item = usize> + 'a) {}

编译后得到错误：

error[E0562]: `impl Trait` only allowed in function and inherent method return types, not in `Fn` trait return

方案2 #

尝试为g新增类型参数指代具体的迭代器类型：

fn g<F, I>(f: F)
where
    I: Iterator<Item = usize>,
    F: for<'a> Fn(&'a [usize]) -> I {}

该版本的g本身可以编译通过，但无法接收f作为参数。只有当迭代器是'static生命周期时该方案才能生效，而当前场景下返回的迭代器是带生命周期参数的高阶类型，固定的I无法匹配随输入生命周期变化的返回值类型。

方案3 #

在方案2的基础上，为g增加生命周期参数特化f的约束：

fn g<'a, F, I>(f: F)
where
    I: Iterator<Item = usize> + 'a,
    F: Fn(&'a [usize]) -> I {}

该版本代码可以编译通过，也可以接收f作为参数，但g的函数体只能使用特定生命周期'a来调用f，无法满足使用多种生命周期调用的需求。

在当前稳定版Rust中，该需求无法直接实现，核心限制有两点：

1. 语法层面不允许在Fn trait的返回值位置使用impl Trait，直接写高阶生命周期约束会触发编译错误。
2. Rust目前未正式支持高阶类型（HKT），无法在泛型参数中表达「返回类型随输入生命周期变化」的约束。

如果需要实现近似效果，可以通过自定义带生命周期关联类型的trait来做约束，但写法繁琐，且无法做到完全兼容任意符合f签名的函数。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者stewbasic