在具有多个生命周期约束的类型上实现索引

Question

我运行遇到了在具有生命周期约束的类型上实施 Index 的问题。我有一个 SubImage 结构，其中包含对 Image 的引用。我找不到任何方法来满足编译器。

    impl<'a, P> Index<usize> for SubImage<'a, P> {
      type Output = [P];

      fn index<'b> (&'b self, y: usize) -> &'b [P] {
        let start = (self.rect.y0 + y) * self.image.size.x + self.rect.x0;
        let end = start + self.rect.width();
        &self.image.buf[start..end]
      }
    }

'a 是引用图像的生命周期，因此切片其缓冲区需要此约束。此处的代码可以编译，但不明确。对索引运算符的所有调用都会产生一条错误消息，例如：

    src/image.rs:179:13: 179:32 error: cannot infer an appropriate lifetime for lifetime parameter 'a in function call due to conflicting requirements
    src/image.rs:179       Some(&self.sub[self.back])
                                 ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    src/image.rs:174:3: 181:4 help: consider using an explicit lifetime parameter as shown: fn next_back(&'a mut self) -> Option<&'a [P]>
    src/image.rs:174   fn next_back (&mut self) -> Option<&'a [P]> {
    src/image.rs:175     if self.front == self.back {
    src/image.rs:176       None
    src/image.rs:177     } else {
    src/image.rs:178       self.back -= 1;
    src/image.rs:179       Some(&self.sub[self.back])

是否有任何可能的方法来确保 return 值被限制为 'a 和 'b 或其他一些在某种情况下正确实施 Index 的方法像这样？编译器的建议不起作用，因为函数签名与特征的签名不匹配。

Answer 1

您的问题实际上不止于此，而且不是 Index 特征实现。此外，您的示例并不是真正的最小、完整和可验证的示例 (MCVE)，因此我不得不猜测您的确切问题出在哪里。

你的问题的核心是，你不能让你的迭代器 return 引用，如果它拥有内容而不借用迭代器本身。您为您的 SubImage 实现 Index 特征很好。

我会尝试模拟你的问题。假设我们有一个 struct Julmond 并且它借用了一些整数片段（类似于您的 SubImage）。

struct Julmond<'a>(&'a [i32]);

impl<'a> Index<usize> for Julmond<'a> {
    type Output = [i32];

    fn index<'b>(&'b self, idx: usize) -> &'b [i32] {
        if idx < self.0.len() {
            &self.0[idx..] // we always take a subslice from idx until the end
        } else {
            panic!("Index out of bounds!")
        }
    }
}

Index trait 要求我们借用 self。这很好，因为一些实现者可能拥有您正在索引的数据。这种对 self 的借用是通过链接 self 的命名生命周期和特征 method signature:

中的传出引用来表达的

fn index(&'a self, index: Idx) -> &'a Self::Output;

如果我们对 Julmond 进行索引，只要我们保留对 Julmond 的结果引用，该值就被认为是借用的：

let array = [1, 2, 3, 4, 5, 6];
let mut j = Julmond(&array);

let r = &j[3];

&mut j; // Error: r is still in scope and therefore j is still borrowed

我可以从您的示例代码中了解到，您有一些类型拥有您的 SubImage 并实现了 Iterator 特性。我们将尝试用另一个实现 Iterator 特性的结构 Nebelung 来模仿它：

struct Nebelung<'a> {
    j: Julmond<'a>,
    pos: usize,
}

impl<'a> Iterator for Nebelung<'a> {
    type Item = &'a [i32];

    fn next(&mut self) -> Option<&'a [i32]> {
        if self.pos < self.j.0.len() {
            let tmp_pos = self.pos;
            self.pos += 1;
            Some(&self.j[tmp_pos]) // problematic line
        } else {
            None
        }
    }
}

此实现 return 是底层 Julmond 结构中不断缩小的数组切片。我们可以这样测试：

fn main() {
    let array = [1, 2, 3, 4, 5, 6];
    let j = Julmond(&array);
    let n = Nebelung { j: &j, pos: 0 };

    for s in n {
        println!("{:?}", s);
    }
}

但这行不通。编译器会抱怨（就像在你的例子中一样）它不能为 'a.原因是index方法中self的借用。当我们用 j[tmp_pos] 调用索引运算符时，我们是在借用 j。但是 j 由 Nebelung 类型的 self 拥有，因此从 j 借用意味着我们从 self 借用。我们正在尝试 return 对 self 拥有的东西的引用，这要求 self 也必须被借用。编译器提出了正确的建议：将 self 的生命周期与传出引用联系起来。但是，这违反了 next.

的方法签名

如果我们想要 return 来自迭代器的引用，该迭代器不能拥有 returned 值。否则，我们将不得不在调用中借用迭代器，但这在 next 中是不可能的。

解决这个问题的唯一方法是让迭代器不拥有该值。所以我们修改 Nebelung 结构以保存对 Julmond 的引用：

struct Nebelung<'a: 'b, 'b> {
    j: &'b Julmond<'a>,
    pos: usize,
}

'a:'b 表示“'a 比'b 长”，这里是必需的。因为我们对 Julmond 的引用 j 一定不能比 Julmond 的借用内容长。好吧，我们的 Nebelung 不再是 Julmond 的主人了。只是一个借款人。现在我们可以像这样为它实现 Iterator 特性：

impl<'a, 'b> Iterator for Nebelung<'a, 'b> {
    type Item = &'b [i32];

    fn next(&mut self) -> Option<&'b [i32]> {
        if self.pos < self.j.0.len() {
            let tmp_pos = self.pos;
            self.pos += 1;
            Some(&self.j[tmp_pos])
        } else {
            None
        }
    }
}

不需要链接 self 和传出引用的生命周期，因为我们只是 return引用一些我们不是其所有者的值。所以对 &self.j[tmp_pos] 的调用不再是从 self 借来的。它是从 Julmond 借来的（通过索引实现）。

Complete example

无论您为哪种类型实现 Iterator 特性。如果类型拥有该值，则不能有下一个（或 next_back）return 引用。让您的类型借用 SubImage。

在具有多个生命周期约束的类型上实现索引

Implementing Index on a type with multiple lifetime constraints

rust

lifetime