生命周期和对包含引用的对象的引用

Question

假设我有一个包含引用的结构，以及另一个包含对该结构的引用的结构，如下所示：

struct Image<'a> {
    pixel_data: &'a mut Vec<u8>,
    size: (i32, i32),
}

struct SubImage<'a> {
    image: &'a mut Image<'a>,
    offset: (i32, i32),
    size: (i32, i32),
}

这些结构具有几乎相同的接口，不同之处在于 SubImage 在转发到包含的 Image 引用的相应函数之前根据其偏移量调整位置参数。我希望这些结构大部分是可以互换的，但我似乎无法弄清楚如何使生命周期正确。最初，我只是使用 Image，并且可以简单地传递对象，而无需使用生命周期说明符：

fn main() {
    let mut pixel_data: Vec<u8> = Vec::new();
    let mut image = Image::new(&mut pixel_data, (1280, 720));
    render(&mut image);
}

fn render(image: &mut Image) {
    image.rect_fill(0, 0, 10, 10);
}

然后我创建了 SubImage，并想做这样的事情：

fn render2(image: &mut Image) {
    let mut sub = SubImage {
        image: image,           // line 62
        offset: (100, 100),
        size: (600, 400),
    };

    sub.rect_fill(0, 0, 10, 10);
}

但是，这会导致编译器错误：

main.rs:62:16: 62:21 error: cannot infer an appropriate lifetime for automatic coercion due to conflicting requirements

编译器的建议是将签名更改为：

fn render2<'a>(image: &'a mut Image<'a>)

然而，这只会将问题推到调用 render2 并占用 &mut Image 的函数上。这很烦人，因为函数调用深入了几层，当我只使用 Image class （也有参考）时我不需要做任何这些，并调整内联偏移量。

所以首先，我什至不明白为什么这是必要的（诚然，我对锈蚀寿命的理解是有限的）。 其次（我的主要问题），我能做些什么来 SubImage 使这些明确的生命周期变得不必要？

Answer 1

是的，这个错误可能令人困惑，但有一个合理的理由。

struct SubImage<'a> {
    image: &'a mut Image<'a>,
    offset: (i32, i32),
    size: (i32, i32),
}

在这里声明对 Image 的引用必须 与图像本身借用的数据一样长 - 相同的生命周期参数 'a既用于参考又用作 Image 的参数：&'a mut Image<'a>.

然而，render2()违反了这个要求。 render2()实际签名如下：

fn render2<'b, 'a>(image: &'b mut Image<'a>)

因此，它尝试用 &'b mut Image<'a> 创建 SubImage，其中 'b 不一定等于 'a（在这种特殊情况下，它肯定不会)，因此编译器会退出。

此外，这种签名是您在 main() 中提供 &mut image 时可以调用此函数的唯一原因，因为 &mut image 具有 image 变量的生命周期，但是此变量中包含的 Image 的生命周期为 pixel_data，稍长一些。以下代码不是有效的 Rust，但它接近于编译器理解事物的方式并且它演示了问题：

fn main() {
    'a: {
        let mut pixel_data: Vec<u8> = Vec::new();
        'b: {
            let mut image: Image<'a> = Image::new(&'a mut pixel_data, (1280, 720));
            render2::<'b, 'a>(&'b mut image);
        }
    }
}

当您将 render2() 声明为

时

fn render2<'a>(image: &'a mut Image<'a>)

你确实在上游 "push" 遇到了问题 - 现在根本无法使用 &mut image 调用该函数，你现在可以明白为什么 - 它需要统一 'a和 'b 生命周期，这是不可能的，因为 'a 比 'b.

长

正确的解决方案是在 SubImage 定义中使用单独的生命周期来引用 Image 和 Image 本身：

struct SubImage<'b, 'a:'b> {
    image: &'b mut Image<'a>,
    offset: (i32, i32),
    size: (i32, i32),
}

现在 'b 和 'a 可能是不同的生命周期，尽管为了使其工作，您必须将 'a 生命周期与 'b 绑定，也就是说，'a 必须至少活到 'b。这正是您的代码需要的语义。如果不强制执行此约束，则引用的图像可能会在引用超出范围之前 "die"，这违反了 Rust 的安全规则。

Answer 2

is there anything I can do to SubImage to make these explicit lifetimes not necessary?

Vladimir 的回答很准确，但我鼓励您稍微更改一下代码。我的很多原始代码对带引用的事物都有非常相似的引用。如果你需要它，那么拥有独立的生命周期会有很大帮助。但是，我只是将 Image 嵌入 SubImage:

struct Image<'a> {
    pixel_data: &'a mut Vec<u8>,
    size: (i32, i32),
}

struct SubImage<'a> {
    image: Image<'a>,
    offset: (i32, i32),
    size: (i32, i32),
}

就我而言，嵌套引用并没有给我带来任何好处。直接嵌入结构会使它更大一点，但是 can 可以使访问更快一点（少了一个指针追逐）。重要的是，在这种情况下，它消除了第二次生命的需要。

生命周期和对包含引用的对象的引用

Lifetimes and references to objects containing references

reference

rust

lifetime