“借入时的临时价值下降”与捕获关闭

Question

请考虑以下示例 (playground)：

struct Animal<'a> {
    format: &'a dyn Fn() -> (),
}

impl <'a>Animal<'a> {
    pub fn set_formatter(&mut self, _fmt: &'a dyn Fn() -> ()) -> () {} // Getting rid of 'a here satisfies the compiler
    pub fn bark(&self) {}
}

fn main() {
    let mut dog: Animal = Animal { format: &|| {()} };
    let x = 0;
    dog.set_formatter(&|| {
        println!("{}", x); // Commenting this out gets rid of the error. Why?
    });
    dog.bark(); // Commenting this out gets rid of the error. Why?
}

这会产生以下编译错误：

Compiling playground v0.0.1 (/playground)
error[E0716]: temporary value dropped while borrowed
  --> src/main.rs:13:24
   |
13 |       dog.set_formatter(&|| {
   |  ________________________^
14 | |         println!("{}", x); // Commenting this out gets rid of the error. Why?
15 | |     });
   | |     ^ - temporary value is freed at the end of this statement
   | |_____|
   |       creates a temporary which is freed while still in use
16 |       dog.bark(); // Commenting this out gets rid of the error. Why?
   |       --- borrow later used here
   |
   = note: consider using a `let` binding to create a longer lived value

error: aborting due to previous error

For more information about this error, try `rustc --explain E0716`.
error: could not compile `playground`

To learn more, run the command again with --verbose.

这是有道理的，因为我传递给dog.set_formatter(...) 的闭包确实是一个临时的（我猜）当执行继续到dog.bark(); 时被释放。

我知道在set_formatter 的实现中去掉显式生命周期注释似乎可以满足编译器的要求（注意dyn 之前缺少的'a）：

pub fn set_formatter(&mut self, _fmt: & dyn Fn() -> ()) -> () {}

但是，我不明白以下内容：

1. 为什么当我在闭包中注释掉println!("{}", x); 时问题消失了？我仍然传递了一个我希望编译器抱怨的临时变量，但事实并非如此。
2. 为什么我在最后注释掉dog.bark(); 后问题就消失了？同样，我仍在传递一个已释放的临时闭包，但现在编译器很高兴。为什么？

Answer 1

首先要了解的是&|| () 有一个'static 生命周期：

fn main() {
    let closure: &'static dyn Fn() = &|| (); // compiles
}

另一件值得一提的是，闭包的生命周期不能超过它从其环境中捕获的任何变量的生命周期，这就是为什么如果我们尝试将非静态变量传递给静态闭包，它将无法编译：

fn main() {
    let x = 0; // non-static temporary variable
    let closure: &'static dyn Fn() = &|| {
        println!("{}", x); // x reference captured by closure
    }; // error: trying to capture non-static variable in static closure
}

我们会回到那个。无论如何，所以如果我有一个通用的结构而不是引用，并且我将它传递给 'static 引用，我将拥有该结构的 'static 实例：

struct Dog<'a> {
    format: &'a dyn Fn(),
}

fn main() {
    let dog: Dog<'static> = Dog { format: &|| () }; // compiles
}

要理解的第二件事是，一旦实例化了一个类型，就无法更改它。这包括它的任何通用参数，包括生命周期。一旦你有一个Dog<'static>，它总是是一个Dog<'static>，你不能将它转换成一个Dog<'1>，因为'1比'static更短。

这有一些重要的含义，其中之一是您的 set_formatter 方法的行为可能与您认为的不同。一旦你有了Dog<'static>，你可以只将'static 格式化程序传递给set_formatter。该方法如下所示：

impl<'a> Dog<'a> {
    fn set_formatter(&mut self, _fmt: &'a dyn Fn()) {}
}

但既然我们知道我们正在使用Dog<'static>，我们可以用'static 替换通用生命周期参数'a，看看我们真正在使用什么：

// what the impl would be for Dog<'static>
impl Dog {
    fn set_formatter(&mut self, _fmt: &'static dyn Fn()) {}
}

既然我们已经了解了所有这些背景，让我们来回答您的实际问题。

当我在闭包中注释掉println!("{}", x); 时，为什么问题会消失？我仍然传递了一个我希望编译器抱怨的临时文件，但它没有。

为什么会失败，使用 cmets：

struct Dog<'a> {
    format: &'a dyn Fn(),
}

impl<'a> Dog<'a> {
    fn set_formatter(&mut self, _fmt: &'a dyn Fn()) {}
}

fn main() {
    let mut dog: Dog<'static> = Dog { format: &|| () };
    
    // x is a temporary value on the stack with a non-'static lifetime
    let x = 0;
    
    // this closure captures x by reference which ALSO gives it a non-'static lifetime
    // and you CANNOT pass a non-'static closure to a Dog<'static>
    dog.set_formatter(&|| {
        println!("{}", x); 
    });
}

通过注释掉 println!("{}", x); 行来“修复”此错误的原因是因为它不再借用非 'static 变量 x，因此它再次为闭包提供了 'static 生命周期。

为什么我在最后注释掉dog.bark(); 后问题就消失了？同样，我仍在传递一个已释放的临时闭包，但现在编译器很高兴。为什么？

这种奇怪的边缘情况似乎只发生在我们没有用Dog<'static> 显式类型注释dog 变量时。当变量没有显式类型注释时，编译器会尝试推断其类型，但它会很懒惰地这样做，并尝试尽可能灵活，从而使程序员受益于怀疑，以使代码编译。它真的应该抛出编译错误，即使没有dog.bark()，但它不会出于任何神秘的原因。关键是不是dog.bark() 行导致代码无法编译，它应该在set_formatter 行编译失败，但无论出于何种原因，编译器都不会费心抛出错误，直到你尝试在该违规行之后再次使用dog。即使只是删除dog 也会触发错误：

struct Dog<'a> {
    format: &'a dyn Fn(),
}

impl<'a> Dog<'a> {
    fn set_formatter(&mut self, _fmt: &'a dyn Fn()) {}
}

fn main() {
    let mut dog = Dog { format: &|| () };
    let x = 0;
    
    dog.set_formatter(&|| {
        println!("{}", x); 
    });
    
    drop(dog); // triggers "temp freed" error above
}

既然我们已经走到了这一步，让我们回答你的非官方第三个问题，由我转述：

为什么去掉set_formatter方法中的'a会让编译器满意？

因为它改变了 Dog<'static> 的有效内容：

// what the impl would be for Dog<'static>
impl Dog {
    fn set_formatter(&mut self, _fmt: &'static dyn Fn()) {}
}

进入这个：

// what the impl would now be for Dog<'static>
impl Dog {
    fn set_formatter(&mut self, _fmt: &dyn Fn()) {}
}

所以现在您可以将非'static 闭包传递给Dog<'static>，尽管这毫无意义，因为该方法实际上并没有做任何事情，并且当您实际尝试在@ 中设置闭包时，编译器会再次抱怨987654364@结构体。