如何在关联类型中指定生命周期参数？

Question

我有这个特点和简单的结构：

use std::path::{Path, PathBuf};

trait Foo {
    type Item: AsRef<Path>;
    type Iter: Iterator<Item = Self::Item>;

    fn get(&self) -> Self::Iter;
}

struct Bar {
    v: Vec<PathBuf>,
}

我想为Bar 实现Foo 特征：

impl Foo for Bar {
    type Item = PathBuf;
    type Iter = std::slice::Iter<PathBuf>;

    fn get(&self) -> Self::Iter {
        self.v.iter()
    }
}

但是我收到了这个错误：

error[E0106]: missing lifetime specifier
  --> src/main.rs:16:17
   |
16 |     type Iter = std::slice::Iter<PathBuf>;
   |                 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ expected lifetime parameter

我发现无法在该关联类型中指定生命周期。特别是我想表达迭代器不能超过self 的生命周期。

我必须如何修改 Foo 特征或 Bar 特征实现才能使其工作？

Rust playground

Answer 1

您的问题有两种解决方案。让我们从最简单的开始：

为你的特质增添一生

trait Foo<'a> {
    type Item: AsRef<Path>;
    type Iter: Iterator<Item = Self::Item>;
    
    fn get(&'a self) -> Self::Iter;
}

这要求您在使用该特征的任何地方都对生命周期进行注释。实现 trait 时，需要进行泛型实现：

impl<'a> Foo<'a> for Bar {
    type Item = &'a PathBuf;
    type Iter = std::slice::Iter<'a, PathBuf>;
    
    fn get(&'a self) -> Self::Iter {
        self.v.iter()
    }
}

当您需要 trait 作为泛型参数时，您还需要确保对您的 trait 对象的任何引用都具有相同的生命周期：

fn fooget<'a, T: Foo<'a>>(foo: &'a T) {}

实现 trait 以引用您的类型

不要为您的类型实现特征，而是实现它以引用您的类型。 trait 永远不需要以这种方式知道关于生命周期的任何事情。

然后，特征函数必须按值获取其参数。在您的情况下，您将实现该特征以供参考：

trait Foo {
    type Item: AsRef<Path>;
    type Iter: Iterator<Item = Self::Item>;
    
    fn get(self) -> Self::Iter;
}

impl<'a> Foo for &'a Bar {
    type Item = &'a PathBuf;
    type Iter = std::slice::Iter<'a, PathBuf>;
    
    fn get(self) -> Self::Iter {
        self.v.iter()
    }
}

你的fooget 函数现在简单地变成了

fn fooget<T: Foo>(foo: T) {}

问题在于fooget 函数不知道T 实际上是&Bar。当您调用get 函数时，您实际上是在移出foo 变量。您不会移出对象，而只是移动参考。如果您的fooget 函数尝试调用get 两次，该函数将无法编译。

如果您希望 fooget 函数仅接受为引用实现了 Foo 特征的参数，则需要明确声明此界限：

fn fooget_twice<'a, T>(foo: &'a T)
where
    &'a T: Foo,
{}

where 子句确保您只为引用而不是类型实现Foo 的引用调用此函数。它也可以同时实现。

从技术上讲，编译器可以自动推断 fooget_twice 中的生命周期，因此您可以将其写为

fn fooget_twice<T>(foo: &T)
where
    &T: Foo,
{}

但它不够聪明yet。

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对于更复杂的情况，您可以使用尚未实现的 Rust 功能：Generic Associated Types (GAT)。在issue 44265 中跟踪相关工作。

Answer 2

使用包装类型

如果 trait 及其所有实现都定义在一个 crate 中，辅助类型可能会很有用：

trait Foo {
    fn get<'a>(&'a self) -> IterableFoo<'a, Self> {
        IterableFoo(self)
    }
}

struct IterableFoo<'a, T: ?Sized + Foo>(pub &'a T);

对于实现Foo 的具体类型，在包装它的IterableFoo 上实现迭代器转换：

impl Foo for Bar {}

impl<'a> IntoIterator for IterableFoo<'a, Bar> {
    type Item = &'a PathBuf;
    type IntoIter = std::slice::Iter<'a, PathBuf>;
    fn into_iter(self) -> Self::IntoIter {
        self.0.v.iter()
    }
}

此解决方案不允许在不同的 crate 中实现。另一个缺点是 IntoIterator 绑定不能被编码到特征的定义中，因此需要将它指定为想要迭代 Foo::get 结果的通用代码的附加（和更高级别）绑定：

fn use_foo_get<T>(foo: &T)
where
    T: Foo,
    for<'a> IterableFoo<'a, T>: IntoIterator,
    for<'a> <IterableFoo<'a, T> as IntoIterator>::Item: AsRef<Path>
{
    for p in foo.get() {
        println!("{}", p.as_ref().to_string_lossy());
    }
}

提供所需功能的内部对象的关联类型

特征可以定义一个关联类型，该类型可以访问对象的一部分，绑定在引用中，提供必要的访问特征。

trait Foo {
    type Iterable: ?Sized;

    fn get(&self) -> &Self::Iterable;
}

这要求任何实现类型都包含可以如此暴露的部分：

impl Foo for Bar {
    type Iterable = [PathBuf];

    fn get(&self) -> &Self::Iterable {
        &self.v
    }
}

在使用get结果的泛型代码中对关联类型的引用设置界限：

fn use_foo_get<'a, T>(foo: &'a T)
where
    T: Foo,
    &'a T::Iterable: IntoIterator,
    <&'a T::Iterable as IntoIterator>::Item: AsRef<Path>
{
    for p in foo.get() {
        println!("{}", p.as_ref().to_string_lossy());
    }
}

此解决方案允许在 trait 定义 crate 之外实现。 通用站点的绑定工作与以前的解决方案一样烦人。 实现类型可能需要一个内部 shell 结构，其唯一目的是提供关联类型，以防使用站点边界不像所讨论的示例中的 Vec 和 IntoIterator 那样容易满足。

Answer 3

将来，您将在您的一生中使用 want 和 associated type constructor 'a，但 Rust 还不支持。见RFC 1598