指定 Rust 闭包的生命周期

Question

当我发现这是一个终身问题时，我正在制作执行器/反应器。它与 async/Future 无关，可以在没有 async 糖的情况下进行复制。

use std::future::Future;

struct Runtime;

fn start_with_runtime<C, F>(closure: C)
where
    C: for<'a> FnOnce(&'a Runtime) -> F,
    F: Future
{
    let rt = Runtime;
    let _future = closure(&rt);
    // block_on(future); 
}

async fn async_main(_rt: &Runtime) {
    // I can use _rt to do async stuff here
}

fn main() {
    start_with_runtime(|rt| { async_main(rt) });
}

我希望start_with_runtime() 运行未来并提供异步运行时引用作为参数。

它不编译：

error: lifetime may not live long enough
  --> src/main.rs:17:31
   |
17 |     start_with_runtime(|rt| { async_main(rt) });
   |                         ---   ^^^^^^^^^^^^^^ returning this value requires that `'1` must outlive `'2`
   |                         | |
   |                         | return type of closure is impl std::future::Future
   |                         has type `&'1 Runtime`

我认为这个问题似乎是因为 rust 如何推断闭包的生命周期：

https://github.com/rust-lang/rust/issues/58052：

fn main() {
    let f = |x: &i32| x;
    let i = &3;
    let j = f(i);
}

也不编译：

error: lifetime may not live long enough
 --> src/main.rs:2:23
  |
2 |     let f = |x: &i32| x;
  |                 -   - ^ returning this value requires that `'1` must outlive `'2`
  |                 |   |
  |                 |   return type of closure is &'2 i32
  |                 let's call the lifetime of this reference `'1`

看起来我的闭包签名被推断为|&'a Runtime| -> impl Future + 'b，因此是生命周期错误。我觉得给定正确的预期签名会有所帮助，但是如何在start_with_runtime 中提供正确的签名？

fn start_with_runtime<C>(closure: C)
where
    C: for<'a> FnOnce(&'a Runtime) -> (impl Future + 'a),

不起作用，因为这里不允许使用 impl Trait。

fn start_with_runtime<C,F>(closure: C)
where
    C: for<'a> FnOnce(&'a Runtime) -> F,
    F: Future + 'a

效果不佳，因为'a 在 HRTB 表达式之外是未知的。

如果我知道类型就可以了：

struct MyType<'a> {
    _rt: &'a Runtime
} 
fn start_with_runtime<C>(closure: C)
where
    C: for<'a> FnOnce(&'a Runtime) -> MyType<'a>,

当你思考了所有的人生但语言并没有提供表达这一点的方式时，这有点令人难过。也许在 rust 中有一个技巧可以使这项工作发挥作用？

Answer 1

在这个问题中似乎有两个不同的问题：所需的关系能否用 Rust 语法表达，它是否适用于闭包类型推断。

让我们从第一个开始。你是对的，这不能只用where 子句来表达。要表达这一点，需要添加一个辅助特征

trait BorrowingFn<'a> {
    type Fut: std::future::Future<Output = Something> + 'a;
    fn call(self, arg: &'a Runtime) -> Self::Fut;
}

允许我们需要写成的界限

    C: for<'a> BorrowingFn<'a>,

并为所有适用功能提供此特征的全面实现

impl<'a, Fu: 'a, F> BorrowingFn<'a> for F
where
    F: FnOnce(&'a Runtime) -> Fu,
    Fu: std::future::Future<Output = ()> + 'a,
{
    type Fut = Fu;
    fn call(self, rt: &'a Runtime) -> Fu {
        self(rt)
    }
}

(playground)

好的，它适用于异步函数，但它是否适用于需要类型推断的闭包？不幸的是，答案是“不”

error: implementation of `BorrowingFn` is not general enough
  --> src/main.rs:33:5
   |
5  | / trait BorrowingFn<'a> {
6  | |     type Fut: std::future::Future<Output = ()> + 'a;
7  | |     fn call(self, arg: &'a Runtime) -> Self::Fut;
8  | | }
   | |_- trait `BorrowingFn` defined here
...
33 |       start_with_runtime(|rt| async_main(rt)); // however, it does not work with closure type inference :-(
   |       ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ implementation of `BorrowingFn` is not general enough
   |
   = note: `[closure@src/main.rs:33:24: 33:43]` must implement `BorrowingFn<'0>`, for any lifetime `'0`...
   = note: ...but `[closure@src/main.rs:33:24: 33:43]` actually implements `BorrowingFn<'1>`, for some specific lifetime `'1`

这正在rust-lang/rust#70263 中进行跟踪。编译器还不够聪明，还没有注意到这个闭包需要更高级别的类型。 为了好玩，我尝试在 Nightly 上使用 -Z chalk 进行编译，但它还没有准备好（内部编译器错误）。

Answer 2

抱歉，这是语言的限制。您只能指定具体类型的生命周期。一种解决方法是使用特征对象类型。

fn start_with_runtime<C, F, T>(closure: C)
where
    C: for<'a> FnOnce(&'a Runtime) -> Pin<Box<dyn Future<Item = T> + Send + 'a>>,
{
    let rt = Runtime;
    let _future = closure(&rt);
    // block_on(future); 
}