进行 BFS 时的借用检查器问题答案

【问题标题】：Borrow checker issues when doing a BFS进行 BFS 时的借用检查器问题
【发布时间】：2021-03-23 22:06:27
【问题描述】：

我正在编写一个小程序来计算 rust 中 PERT 图 (https://en.wikipedia.org/wiki/Program_evaluation_and_review_technique) 上的关键路径。

我将Task 对象存储在哈希图中。 hashmap 由一个名为Pert 的对象拥有。每个Task 对象拥有两个Vec<String> 对象，标识任务的先决条件和后续任务，并有一个i32 来指定其持续时间。这些任务在 main.rs 中创建，并通过 add 函数添加到 Pert 对象中。

task.rs:

pub struct Task {
    name: String,
    i32: duration,
    followers: Vec<String>,
    prerequisites: Vec<String>
// Additional fields, not relevant for the example
}

impl Task {
    pub fn new(name: &str, duration: i32) -> Task {
        Task {
            name: String::from(name),
            duration: duration,
            followers: Vec::new(),
            prerequisites: Vec::new(),
        }
    }

    pub fn name(&self) -> &str {
        &self.name
    }

    pub fn duration(&self) -> i32 {
        self.duration
    }

    pub fn get_prerequisites(&self) -> & Vec<String> {
        &self.prerequisites
    }

    pub fn get_followers(&self) -> & Vec<String> {
        &self.followers
    }
}

为了评估关键路径，需要计算所有任务的最大持续时间总和，并记录每个任务的最早开始和结束时间，以及最晚开始和结束时间。可以做到的方法是添加一个“开始”和一个“结束”任务，分别标记图表的开始和结束。从“开始”任务开始，在图上执行 BFS，直到我们到达“结束”任务。 BFS 在 Pert 对象的方法 completion_time 内完成。

在我当前的实现中，我遇到了借用检查器的问题，因为我不止一次地可变地借用了包含任务的哈希图。除了借用两次之外，我没有看到其他方法可以做到这一点，但我对 rust 很陌生，没有函数式编程经验，所以如果有一种简单的方法可以用函数式编程做到这一点，我看不到要么。

pert.rs:

pub struct Pert {
    tasks: HashMap<String, Task>
}

impl Pert {
    pub fn completion_time(&mut self) -> i32 {
        let mut time = 0;
        let mut q = VecDeque::<&mut Task>::new();

        // put "begin" task at the top of the queue, first mutable borrow of self.tasks
        q.push_back(self.tasks.get_mut("begin").unwrap());
        while !q.is_empty() {
            let old_time = time;
            let mut curr_task = q.pop_front().unwrap();
            for x in curr_task.get_followers() {
                // second mutable borrow of self.tasks happens here
                let task = self.tasks.get_mut(x).unwrap();

                // additional piece of code here modifying other task properties
                time = std::cmp::max(old_time, old_time + task.duration())
            }
        }

        time
    }
}

使用空的 main.rs 构建项目应该足以触发以下错误消息：

error[E0499]: cannot borrow `self.tasks` as mutable more than once at a time
  --> src/pert.rs:84:28
   |
79 |         q.push_back(self.tasks.get_mut("begin").unwrap());
   |                     ---------- first mutable borrow occurs here
80 |         while !q.is_empty() {
   |                - first borrow later used here
...
84 |                 let task = self.tasks.get_mut(x).unwrap();
   |                            ^^^^^^^^^^ second mutable borrow occurs here

【问题讨论】：

请尝试创建一个minimal reproducible example -- 这个非常接近，但仍然缺少一些难以调试的东西，例如duration 和get_followers 的定义。谢谢！
（Getter 和 setter 在 Rust 中并不是特别惯用的，所以如果你在 get_followers 中没有做任何特别的事情，你应该只使用 &self.followers 代替。）
@trentcl 我已经在Task 中添加了定义，我认为这应该足以触发描述底部的错误消息。谢谢！

标签： rust breadth-first-search borrow-checker

【解决方案1】：

这里的问题是您试图从 HashMap 获取多个可变引用，它拥有任务并且一次只能安全地给出一个可变引用。通过将 VecDeque 更改为采用 &Task，并在 completion_time() 中的 hashmap 上使用 .get() 而不是 .get_mut()，程序将编译。

在这个例子中看起来你并没有改变任务，但是假设你想修改这个例子来改变任务，最好的方法是在 Task 结构本身中使用内部可变性，这通常是使用 RefCell 类型实现。 Task 结构体中任何你想改变的值，你可以用 RefCell 包裹，当你需要改变值时，你可以在结构体字段上调用 .borrow_mut() 来获得一个临时可变的引用。这个答案更详细地解释了它：Borrow two mutable values from the same HashMap

【讨论】：