如何实现支持可变迭代器的容器？

Question

我想设计一个支持可变迭代器的玩具容器 class，但我在整理迭代器的生命周期及其对容器的引用时遇到问题。

我尝试创建一个最小的非编译示例：

struct Payload {
    value: i32,
}

struct Container {
    val: Payload,
}

struct IterMut<'a> {
    cont: &'a mut Container,
    cnt: i32,
}

impl<'a> Container {
    fn new() -> Container {
        Container { val: Payload { value: 42 } }
    }
    fn iter_mut(&'a mut self) -> IterMut<'a> {
        IterMut {
            cont: self,
            cnt: 10,
        }
    }
}

impl<'a> Iterator for IterMut<'a> {
    type Item = &'a mut Payload;

    fn next<'b>(&'b mut self) -> Option<Self::Item> {
        self.cnt -= 1;

        if self.cnt < 0 {
            return None;
        } else {
            Some(&mut self.cont.val)
        }
    }
}

fn main() {
    let mut cont = Container::new();

    let mut it = cont.iter_mut();
    it.next();
}

上面的内容旨在实现一个真正的愚蠢容器，当使用 iter_mut() 迭代时，相同的项目 returns 10 次。

我不知道如何实施 Iterator::next。

我确实设法编写了一个常规函数，它实现了与我想要的语义相同的语义 next:

fn manual_next<'a, 'b>(i: &'a mut IterMut<'b>) -> Option<&'a mut Payload> {
    i.cnt -= 1;

    if i.cnt < 0 {
        return None;
    } else {
        Some(&mut i.cont.val)
    }
}

这没有用，因为我无法调整它来实现 Iterator::next，并且如果不实现 Iterator，我的容器就无法在 for 循环中迭代，我想要的。

Answer 1

不可能按原样实现迭代器，因为它允许您获得对同一项目的多个可变引用，这违反了 Rust 的 aliasing/borrowing 规则。幸好借用检查员发现了错误！ :-)

例如，扩展您的 main 示例：

fn main() {
    let mut cont = Container::new();

    let mut it = cont.iter_mut();
    let alias_1 = it.next();
    let alias_2 = it.next();
    // alias_1 and alias_2 both would have mutable references to cont.val!
}

其他iter_mut迭代器（例如vectors/slices上的一个迭代器）return在每一步引用不同的项目，所以没有这个问题。

如果你真的需要迭代逻辑上可变的东西，你可以不可变地迭代，但通过 RefCell or Cell.

使用内部可变性

manual_next 函数编译的原因是你不受 Iterator::next 签名的限制，实际上调用一次是完全安全的（如果你不保持结果）。但是，如果您尝试保存结果，它会保留可变借用的 IterMut 并且您无法再次调用它：

let mut cont = Container::new();

let mut it = cont.iter_mut();
let x = manual_next(&mut it);
manual_next(&mut it);  // Error: `it` is still borrowed mutably

Playground

相比之下，Iterator::next 有一种类型可以使 collect 进入向量成为可能。

如何实现支持可变迭代器的容器？

How do I implement a container with support for a mutable iterator?

lifetime

rust

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