返回`impl Fn`时令人困惑的生命周期问题

Question

我一直在尝试了解与我编写的返回 impl Fn 的函数相关的一些生命周期冲突。让我们从头开始。我有以下无法编译的代码文件：

use nom::bytes::complete::is_not;
use nom::character::complete::multispace0;
use nom::combinator::verify;
use nom::error::{
    ParseError,
    VerboseError,
};
use nom::sequence::terminated;
use nom::IResult;

fn one_token<'a, E>(input: &'a str) -> IResult<&str, &str, E>
where
    E: ParseError<&'a str>,
{
    terminated(is_not(" \t\r\n"), multispace0)(input)
}

fn str_token<'a, E>(expected_string: String) -> impl Fn(&'a str) -> IResult<&str, &str, E>
where
    E: ParseError<&'a str>,
{
    verify(one_token, move |actual_string| {
        actual_string == expected_string
    })
}

fn main() {
    let parser_1 = str_token::<VerboseError<_>>("foo".into());
    let string = "foo bar".to_string();
    let input = &string[..];
    let parser_2 = str_token::<VerboseError<_>>("foo".into());

    println!("{:?} {:?}", parser_1(input), parser_2(input),);
}

我收到此错误消息：

error[E0597]: `string` does not live long enough
  --> src/main.rs:30:18
   |
30 |     let input = &string[..];
   |                  ^^^^^^ borrowed value does not live long enough
...
34 | }
   | -
   | |
   | `string` dropped here while still borrowed
   | borrow might be used here, when `parser_1` is dropped and runs the destructor for type `impl std::ops::Fn<(&str,)>`
   |
   = note: values in a scope are dropped in the opposite order they are defined

似乎返回的impl Fn 分配给parser_1 仅适用于生命周期至少与parser_1 变量一样长的值。这违背了我的预期，即parser_1 可以使用任何生命周期的变量。我最初怀疑这可能是由于str_token 上的生命周期参数'a 和错误类型参数E 之间的一些交互。所以我只是明确了错误类型：

fn one_token(input: &str) -> IResult<&str, &str, VerboseError<&str>> {
    terminated(is_not(" \t\r\n"), multispace0)(input)
}

fn str_token<'a>(
    expected_string: String,
) -> impl Fn(&'a str) -> IResult<&str, &str, VerboseError<&str>> {
    verify(one_token, move |actual_string| {
        actual_string == expected_string
    })
}

这并没有解决问题。它会导致完全相同的编译错误。然后我尝试修改str_token 以使用更高级别的特征边界：

fn str_token(
    expected_string: String,
) -> impl for<'a> Fn(&'a str) -> IResult<&str, &str, VerboseError<&str>> {
    verify(one_token, move |actual_string| {
        actual_string == expected_string
    })
}

然后我得到这个错误：

error[E0277]: expected a `std::ops::Fn<(&'a str,)>` closure, found `impl std::ops::Fn<(&str,)>`
  --> src/main.rs:14:6
   |
14 | ) -> impl for<'a> Fn(&'a str) -> IResult<&str, &str, VerboseError<&str>> {
   |      ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ expected an `Fn<(&'a str,)>` closure, found `impl std::ops::Fn<(&str,)>`
   |
   = help: the trait `for<'a> std::ops::Fn<(&'a str,)>` is not implemented for `impl std::ops::Fn<(&str,)>`
   = note: the return type of a function must have a statically known size

error[E0271]: type mismatch resolving `for<'a> <impl std::ops::Fn<(&str,)> as std::ops::FnOnce<(&'a str,)>>::Output == std::result::Result<(&'a str, &'a str), nom::internal::Err<nom::error::VerboseError<&'a s
tr>>>`
  --> src/main.rs:14:6
   |
14 | ) -> impl for<'a> Fn(&'a str) -> IResult<&str, &str, VerboseError<&str>> {
   |      ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ expected bound lifetime parameter 'a, found concrete lifetime
   |
   = note: the return type of a function must have a statically known size

而且，坦率地说，我基本上不知道如何解释。任何人都可以评论这里发生的事情吗？为什么返回的impl Fn 的生命周期会绑定到生成它的工厂函数的生命周期，即使它的行为实际上并不依赖于该生命周期？如何解决此问题并仍然使用 impl Fn 返回值？当 HRTB 看起来是它们的完美应用时，为什么不工作呢？我在这里迷路了。

顺便说一句，我正在使用此处找到的 nom 解析库：https://github.com/Geal/nom/

另外，verify 函数的代码在这里：https://github.com/Geal/nom/blob/851706460a9311f7bbae8e9b7ee497c7188df0a3/src/combinator/mod.rs#L459

如果有人想玩一个包含所有这些示例的货物项目，这里有一个：https://github.com/davesque/nom-test/

您可以克隆它，签出first-version、no-error-parameter 或higher-rank-trait-bounds 标签，然后调用cargo run。

注意：

我最近在这里问了一个类似的问题：How to use higher-rank trait bounds to make a returned impl Fn more generic?

但是，我最终认为这个问题对我实际尝试做的事情不够具体。已经有人回答了，所以我不想做大的修改，导致答案变得混乱，显然与我的问题无关。

Answer 1

当你有一个像<'a> 这样的生命周期的函数/结构/特征时，这意味着任何标记为'a 的引用必须比函数/结构/特征寿命更长。存活意味着（除其他外）被引用的东西必须在函数被调用/结构被创建/实现特征的项目之前已经存在。以后不能创建引用，因为这意味着它的生命周期比要求的晚。

在您的情况下，str_token<'a> 表示&'a str 标记的字符串必须在调用str_token 函数之前已经创建并且已经存在。

您的代码违反了您的要求：

 let parser_1 = str_token::<VerboseError<_>>("foo".into());
 let input = &string[..];

因为parser_1 是在input 之前创建的，但其上的生命周期注释允许它仅用于在解析器之前创建的字符串。

如果你交换这些行的顺序，它应该可以工作。

for<'b> impl Fn(&'b str) 会更灵活，因为这意味着无论您使用什么函数都可以“动态地”定义生命周期，因此任何生命周期都可以工作。但是您正在使用的库显然需要不太灵活的方法，这可能是出于与您的使用没有直接关系的充分理由。

这是一个最小的测试用例：

fn parser<'a>() -> impl Fn(&'a str) -> &str {
    |a| a
}

fn main() {
    let s1 = String::new();
    let p = parser();
    let s2 = String::new();
    p(&s1);
    //p(&s2);
}