具有（非循环）相互引用的结构实例的 Rust 向量

Question

我想创建一个TestStruct 的向量。 TestStruct 具有对另一个 TestStruct 实例的可选引用。没有TestStruct 将永远引用自己，也不会有预期用途的循环引用。多个others 可以引用同一个TestStruct。 TestStruct 实例不需要变异。

是否可以使用引用来表达这一点，还是我需要Rc 和Weak？

struct TestStruct<'a>
{
    other: Option<&'a TestStruct<'a>>
}

fn testFn()
{
    let mut events = vec![TestStruct{other: None}];
    events.push(TestStruct{other: Some(&events[0])});
}

产量：

error[E0502]: cannot borrow `events` as mutable because it is also borrowed as immutable
 --> src\test.rs:9:5
  |
9 |     events.push(TestStruct{other: Some(&events[0])});
  |     ^^^^^^^----^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^------^^^^^^
  |     |      |                            |
  |     |      |                            immutable borrow occurs here
  |     |      immutable borrow later used by call
  |     mutable borrow occurs here

例如，我可以通过创建Box<TestStruct> 的向量来使其工作吗？或者对一个框在向量中的 TestStruct 的引用是否也会隐式借用该向量？

Answer 1

如果我们接受一些限制，

• 实际上并未使用Vec
• 创建结构后无法移动结构

那么这可以通过typed_arena::Arena 来完成：

// [dependencies]
// typed-arena = "2.0.1"
use typed_arena::Arena;

struct TestStruct<'a> {
    other: Option<&'a TestStruct<'a>>,
}

pub fn test_fn() {
    let events = Arena::new();
    let first = &*events.alloc(TestStruct { other: None });
    let second = &*events.alloc(TestStruct { other: Some(first) });
}

Arena 提供的主要区别在于 Arena::alloc() 采用 &self — 表明只有一个共享需要引用竞技场来分配（添加元素）。因此，Rust 的可变性规则告诉我们，即使我们 alloc() 更多，我们也可以继续使用返回的引用，而 Vec::push() 使所有现有引用无效（因为它必须，因为向量的项目可能被移动到重新分配的内存中以增长向量） .

然而，所有这些参考仍然是竞技场的借用。因此，竞技场被有效地固定了——例如，你不能把整个数据结构和返回它来自一个函数；您必须在创建它的范围内使用它，或者在嵌套范围或函数调用中使用它。这些限制基本上与您通过尾递归函数实现算法相同 - 也就是说，该函数可以将每个 TestStruct 放入一个 let 变量中，然后使用对它的引用调用自身，以累积一个一组可以引用旧值的值。

还有其他方法可以在 Rust 中创建“自引用”数据结构，例如 ouroboros，但据我所知，它们都不支持创建任意深度的可移动图。如果您需要在创建后能够返回该结构，那么您应该使用Rc 或Arc，或诸如petgraph 提供的显式图形数据结构。

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通过Box 添加间接引用并不能帮助允许这种引用结构，原因有两个：

1. Box 暗示指向其内容的指针的唯一性，其方式与直接所有权或&mut 完全相同。就语言规则而言，移动Box<T> 对&T 的影响与移动T 本身的含义完全相同。 （ouroboros 通过创建 Box-like 来工作才不是以这种方式断言唯一性。）

2. 借用检查器中没有任何内容可以执行分析，这证明了直到对它的引用之后才会删除该框.例如，假设Vec<Box<TestStruct>> 被允许；这意味着TestStructs 必须以与其在向量中的位置相反的顺序被删除（否则impl Drop for TestStruct 可能会观察到无效的引用）。但是，Vec 中没有任何内容表明这些项目无法重新排序，因此这还不够。

   你需要一个特殊的数据结构，它只允许安全操作，并以正确的顺序放置（基本上是typed_arena 和ouroboros 的想法的组合）。原则上，这样的数据结构是可以存在的，但我不知道有人写过。