预期 std::iter::Iterator，但找到 std::iter::Iterator

Question

我试图表达以下内容：

给定一个矩阵和两个索引增量，从矩阵中返回所有四组数字：沿行、列或某个对角线的四组数字。

use std::iter::Iterator;
use std::iter::Peekable;
use std::ops::Range;

struct Quads<'a> {
   mx: &'a Vec<Vec<u32>>,
   xs: &'a mut Peekable<Range<i32>>,
   ys: &'a mut Peekable<Range<i32>>,
   dx: i32,
   dy: i32,
}

impl<'a> Quads<'a> {
   fn new(mx: &'a Vec<Vec<u32>>, dx: i32, dy: i32) -> Quads<'a> {
      let ys = (if dy < 0 { -3 * dy } else { 0 })..(mx.len() as i32 - if dy > 0 { 4 * dy } else { 0 });
      let xs = 0..0;

      Quads{
         mx: mx,
         xs: &mut xs.peekable(),
         ys: &mut ys.peekable(),
         dx: dx,
         dy: dy,
      }
   }
}

impl<'a> Iterator for Quads<'a> {
   type Item = &'a mut dyn Iterator<Item = u32>;

   fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
      while self.xs.peek() == None && self.ys.peek() != None {
         self.xs = &mut ((if self.dx < 0 { -3 * self.dx } else { 0 })..
                         (self.mx[0].len() as i32 - if self.dx > 0 { 4 * self.dx } else { 0 }))
                         .peekable();
         self.ys.next();
      }

      let y = self.ys.peek();
      if y == None {
         return None;
      }

      let y = *y.unwrap();
      let x = self.xs.next().unwrap();

      Some(&mut ((x..).step_by(self.dx as usize)
                      .zip((y..).step_by(self.dy as usize))
                     .take(4)
                     .map(|(x,y)| self.mx[y as usize][x as usize])))
   }
}

这会产生令人困惑的错误消息：

error[E0495]: cannot infer an appropriate lifetime due to conflicting requirements
  --> src/main.rs:52:27
   |
52 |                      .map(|(x,y)| self.mx[y as usize][x as usize])))
   |                           ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
   |
note: first, the lifetime cannot outlive the anonymous lifetime #1 defined on the method body at 33:4...
  --> src/main.rs:33:4
   |
33 | /    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
34 | |       while self.xs.peek() == None && self.ys.peek() != None {
35 | |          self.xs = &mut ((if self.dx < 0 { -3 * self.dx } else { 0 })..
36 | |                          (self.mx[0].len() as i32 - if self.dx > 0 { 4 * self.dx } else { 0 }))
...  |
52 | |                      .map(|(x,y)| self.mx[y as usize][x as usize])))
53 | |    }
   | |____^
   = note: ...so that the types are compatible:
           expected &&mut Quads<'a>
              found &&mut Quads<'a>
note: but, the lifetime must be valid for the lifetime 'a as defined on the impl at 30:6...
  --> src/main.rs:30:6
   |
30 | impl<'a> Iterator for Quads<'a> {
   |      ^^
   = note: ...so that the types are compatible:
           expected std::iter::Iterator
              found std::iter::Iterator

这似乎表明它找到了它正在寻找的相同东西。那怎么了？

---

预期用途

看https://projecteuler.net/problem=11

当然，这个问题可以用更直接的方式解决，但我正在学习如何用 Rust 表达复杂的事物。所以在这里我试图表达一个Quad，它是一个Iterator，它可以从那个欧拉问题中提取四倍数，其中每个四元数本身就是一个Iterator。

Quad 中的所有内容都代表Iterator 的状态。 xs 和 ys 表示“当前单元格”坐标的迭代器，从该迭代器开始下一个四元组。 next 然后尝试查看是否到达了行的末尾，并通过将xs 重新初始化为新的Iterator 前进到下一行。当ys 超出最后一行时，我们已经提取了所有四元组。

然后是这样的：

for q in Quad::new(mx, 1, 0) {  ... process all quadruples along the rows }
for q in Quad::new(mx, 0, 1) {  ... process all quadruples along the columns }
for q in Quad::new(mx, 1, 1) {  ... process all quadruples along one diagonal }
for q in Quad::new(mx, 1, -1) {  ... process all quadruples along the other diagonal }

我想我已经抓住了这个想法，但我不知道编译器不喜欢它的什么地方，以及如何继续前进。

Answer 1

好的，所以我想通了。 rustc 产生如此令人困惑的错误消息真的没有帮助 - 显然，它找到了它正在寻找的东西，但仍然不满意。

发布的代码存在几个问题。我最初的假设是，通过将引用标记为可变的，我可以告诉编译器，无论谁收到该引用，都将对它负责，包括内存管理。虽然在某些情况下可能是真的（我不确定；这还有待弄清楚），但它肯定不适用于struct 字段（Quad 的xs）和返回值。在这种情况下，我们可以在xs和ys的声明中去掉&mut：

struct Quads<'a> {
   mx: &'a Vec<Vec<u32>>,
   xs: Peekable<Range<i32>>,
   ys: Peekable<Range<i32>>,
   dx: i32,
   dy: i32,
}

另一个问题是，如果它不是一个引用，你如何限制一个值的生命周期。 （例如，在这种情况下，next 返回的Iterator 仅在mx 期间有效）

另一个问题是表达式问题：你如何让next 返回一个Iterator（我不想泄露什么样的Iterator）以便编译器高兴。 （例如，dyn Iterator 不会这样做 - “在编译时大小未知”）。这两个都是用Box解决的，也可以用生命周期注解：

impl<'a> Iterator for Quads<'a> {
   type Item = Box<dyn Iterator<Item = u32> + 'a>;

   fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
      ...
   }
}

另一个问题是即使mx 的使用是只读的，闭包|(x, y)| self.mx[y][x] 也会捕获self，这是一个可变引用。这很简单：获取一个局部变量，然后move：

  let mx = self.mx;
  Some(Box::new(...
          .map(move |(x, y)| mx[y as usize][x as usize])))

差点忘了。真正奇怪的是，即使我最初输入它时看起来也很可疑：step_by 采用了usize，它是无符号的，并没有真正构造一个Range，它通过添加给定的增量来枚举值；而是构造一个Iterator 跳过给定数量的元素（几乎）。因此，需要一个元组迭代器：

struct Tup<T> {
   x: (T, T),
   d: (T, T),
}
...
impl<T: AddAssign + Copy> Iterator for Tup<T> {
   type Item = (T, T);
   fn next(&mut self) -> Option<(T, T)> {
      self.x.0 += self.d.0;
      self.x.1 += self.d.1;
      Some(self.x)
   }
}

因此，不是用step_by 压缩两个Iterators，而是使用已知初始值和增量初始化Tup：

  Some(Box::new(Tup::new((x, y), (self.dx, self.dy))
                     .take(4)
                     .map(move |(x, y)| mx[y as usize][x as usize])))

Answer 2

另一种解决方案是不导出迭代器，而是传递一个操作在里面运行。