【问题标题】:Need help understanding Iterator lifetimes需要帮助了解迭代器的生命周期
【发布时间】:2015-01-06 23:31:24
【问题描述】:

考虑以下代码:

#[derive(Clone)]
pub struct Stride<'a, I: Index<uint> + 'a> {
    items: I,
    len: uint,
    current_idx: uint,
    stride: uint,
}

impl<'a, I> Iterator for Stride<'a, I> where I: Index<uint> {
    type Item = &'a <I as Index<uint>>::Output;

    #[inline]
    fn next(&mut self) -> Option<&'a <I as Index<uint>>::Output> {
        if (self.current_idx >= self.len) {
            None
        } else {
            let idx = self.current_idx;
            self.current_idx += self.stride;
            Some(self.items.index(&idx))
        }
    }
}

这是当前的错误,表示编译器无法推断Some(self.items.index(&amp;idx)) 行的适当生命周期。返回值的生命周期应该是多少?我相信它应该与self.items 具有相同的生命周期,因为Index trait 方法返回一个与Index 实现者具有相同生命周期的引用。

【问题讨论】:

    标签: rust


    【解决方案1】:

    Index 的definition 是:

    pub trait Index<Index: ?Sized> {
        type Output: ?Sized;
        /// The method for the indexing (`Foo[Bar]`) operation
        fn index<'a>(&'a self, index: &Index) -> &'a Self::Output;
    }
    

    具体来说,index 返回一个对元素的引用,该引用与self 具有相同的生命周期。也就是借用self。

    在您的情况下,index 调用(可能是 &amp;self.items[idx] btw)的 self 是 self.items,因此编译器认为返回值必须限制为从 self.items 借用,但items 归next 的self 所有,因此从self.items 借用是从self 本身借用。

    也就是说,编译器只能保证index 的返回值在self 存在的时间内有效(以及关于变异的各种担忧),所以&amp;mut self 的生命周期和返回的@987654341 @ 必须链接。

    如果编译它,要查看错误,链接引用是编译器建议的:

    <anon>:23:29: 23:40 error: cannot infer an appropriate lifetime for autoref due to conflicting requirements
    <anon>:23             Some(self.items.index(&idx))
                                          ^~~~~~~~~~~
    <anon>:17:5: 25:6 help: consider using an explicit lifetime parameter as shown: fn next(&'a mut self) -> Option<&'a <I as Index<uint>>::Output>
    <anon>:17     fn next(&mut self) -> Option<&'a <I as Index<uint>>::Output> {
    <anon>:18         if (self.current_idx >= self.len) {
    <anon>:19             None
    <anon>:20         } else {
    <anon>:21             let idx = self.current_idx;
    <anon>:22             self.current_idx += self.stride;
              ...
    

    但是,建议的签名 fn next(&amp;'a mut self) -&gt; Option&lt;&amp;'a &lt;I as Index&lt;uint&gt;&gt;::Output&gt; 比 Iterator 特征的签名更严格,因此是非法的。 (具有这种生命周期安排的迭代器可能很有用,但它们不适用于许多常见的消费者,例如.collect。)

    编译器要防止的问题通过如下类型来演示:

    struct IndexablePair<T>  {
        x: T, y: T
    }
    
    impl Index<uint> for IndexablePair<T> {
        type Output = T;
        fn index(&self, index: &uint) -> &T {
            match *index {
                0 => &self.x,
                1 => &self.y,
                _ => panic!("out of bounds")
            }
        }
    }
    

    这会存储两个内联的Ts(例如直接在堆栈上)并允许对它们进行索引pair[0] 和pair[1]。 index 方法将指针直接返回到该内存(例如堆栈),因此如果 IndexablePair 值在内存中移动,这些指针将变为无效,例如(假设Stride::new(items: I, len: uint, stride: uint)):

    let pair = IndexablePair { x: "foo".to_string(), y: "bar".to_string() };
    
    let mut stride = Stride::new(pair, 2, 1);
    
    let value = stride.next();
    
    // allocate some memory and move stride into, changing its address
    let mut moved = box stride;
    
    println!("value is {}", value);
    

    倒数第二行不好!它使value 无效,因为stride 和它的字段items(这对)在内存中移动,因此value 中的引用指向移动的数据;这是非常不安全和非常糟糕的。

    建议的生命周期通过借用 stride 并禁止移动来解决这个问题(以及其他几个有问题的问题),但是,正如我们在上面看到的,我们不能使用它。

    解决此问题的一种技术是将存储元素的内存与迭代器本身分开,即将Stride的定义更改为:

    pub struct Stride<'a, I: Index<uint> + 'a> {
        items: &'a I,
        len: uint,
        current_idx: uint,
        stride: uint,
    }
    

    (添加对items的引用。)

    然后编译器保证存储元素的内存独立于 Stride 值(也就是说,在内存中移动 Stride 不会使旧元素无效),因为有一个非拥有指针分隔他们。此版本编译良好:

    use std::ops::Index;
    
    #[derive(Clone)]
    pub struct Stride<'a, I: Index<uint> + 'a> {
        items: &'a I,
        len: uint,
        current_idx: uint,
        stride: uint,
    }
    
    impl<'a, I> Iterator for Stride<'a, I> where I: Index<uint> {
        type Item = &'a <I as Index<uint>>::Output;
    
        #[inline]
        fn next(&mut self) -> Option<&'a <I as Index<uint>>::Output> {
            if (self.current_idx >= self.len) {
                None
            } else {
                let idx = self.current_idx;
                self.current_idx += self.stride;
                Some(self.items.index(&idx))
            }
        }
    }
    

    (理论上可以在其中添加?Sized 绑定,可能是通过手动实现Clone 而不是derive,这样Stride 可以直接与&amp;[T] 一起使用,即Stride::new(items: &amp;I, ...) Stride::new(&amp;[1, 2, 3], ...) 可以工作,而不必像默认的Sized 绑定要求那样拥有双层Stride::new(&amp;&amp;[1, 2, 3], ...)。)

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