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可変参照を返すイテレータを使用して独自のデータ構造を作成するにはどうすればよいですか？

Rustでデータ構造を作成し、そのためのイテレータを作成したいと思います。不変のイテレータは十分に簡単です。現在これがあり、正常に動作します。

// This is a mock of the "real" EdgeIndexes class as
// the one in my real program is somewhat complex, but
// of identical type

struct EdgeIndexes;

impl Iterator for EdgeIndexes {
    type Item = usize;
    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        Some(0)
    }

    fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
        (0, None)
    }
}

pub struct CGraph<E> {
    nodes: usize,
    edges: Vec<E>,
}

pub struct Edges<'a, E: 'a> {
    index: EdgeIndexes,
    graph: &'a CGraph<E>,
}

impl<'a, E> Iterator for Edges<'a, E> {
    type Item = &'a E;

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        match self.index.next() {
            None => None,
            Some(x) => Some(&self.graph.edges[x]),
        }
    }

    fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
        self.index.size_hint()
    }
}

可変参照も返すイテレータを作成したいと思います。私はこれを試してみましたが、コンパイルする方法が見つかりません：

pub struct MutEdges<'a, E: 'a> {
    index: EdgeIndexes,
    graph: &'a mut CGraph<E>,
}

impl<'a, E> Iterator for MutEdges<'a, E> {
    type Item = &'a mut E;

    fn next(&mut self) -> Option<&'a mut E> {
        match self.index.next() {
            None => None,
            Some(x) => self.graph.edges.get_mut(x),
        }
    }

    fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
        self.index.size_hint()
    }
}

これをコンパイルすると、次のエラーが発生します。

error[E0495]: cannot infer an appropriate lifetime for lifetime parameter in function call due to conflicting requirements
  --> src/lib.rs:54:24
   |
54 |             Some(x) => self.graph.edges.get_mut(x),
   |                        ^^^^^^^^^^^^^^^^
   |
note: first, the lifetime cannot outlive the anonymous lifetime #1 defined on the method body at 51:5...
  --> src/lib.rs:51:5
   |
51 | /     fn next(&mut self) -> Option<&'a mut E> {
52 | |         match self.index.next() {
53 | |             None => None,
54 | |             Some(x) => self.graph.edges.get_mut(x),
55 | |         }
56 | |     }
   | |_____^
note: ...so that reference does not outlive borrowed content
  --> src/lib.rs:54:24
   |
54 |             Some(x) => self.graph.edges.get_mut(x),
   |                        ^^^^^^^^^^^^^^^^
note: but, the lifetime must be valid for the lifetime 'a as defined on the impl at 48:6...
  --> src/lib.rs:48:6
   |
48 | impl<'a, E> Iterator for MutEdges<'a, E> {
   |      ^^
   = note: ...so that the expression is assignable:
           expected std::option::Option<&'a mut E>
              found std::option::Option<&mut E>

これらのエラーを解釈する方法と、MutEdgesが可変参照を返すことができるようにコードを変更する方法がわかりません。

コード付きの遊び場 へのリンク。

rustlifetime
31
Mike Pedersen

可変参照は不変参照よりも制限が厳しいため、これをコンパイルすることはできません。問題を説明する短縮版は次のとおりです。

struct MutIntRef<'a> {
    r: &'a mut i32
}

impl<'a> MutIntRef<'a> {
    fn mut_get(&mut self) -> &'a mut i32 {
        &mut *self.r
    }
}

fn main() {
    let mut i = 42;
    let mut mir = MutIntRef { r: &mut i };
    let p = mir.mut_get();
    let q = mir.mut_get();
    println!("{}, {}", p, q);
}

これは同じエラーを生成します：

error[E0495]: cannot infer an appropriate lifetime for borrow expression due to conflicting requirements
 --> src/main.rs:7:9
  |
7 |         &mut *self.r
  |         ^^^^^^^^^^^^
  |
note: first, the lifetime cannot outlive the anonymous lifetime #1 defined on the method body at 6:5...
 --> src/main.rs:6:5
  |
6 | /     fn mut_get(&mut self) -> &'a mut i32 {
7 | |         &mut *self.r
8 | |     }
  | |_____^
note: ...so that reference does not outlive borrowed content
 --> src/main.rs:7:9
  |
7 |         &mut *self.r
  |         ^^^^^^^^^^^^
note: but, the lifetime must be valid for the lifetime 'a as defined on the impl at 5:6...
 --> src/main.rs:5:6
  |
5 | impl<'a> MutIntRef<'a> {
  |      ^^
note: ...so that reference does not outlive borrowed content
 --> src/main.rs:7:9
  |
7 |         &mut *self.r
  |         ^^^^^^^^^^^^

Main関数を見ると、pとqという2つの可変参照があり、どちらもiのメモリ位置をエイリアスしています。これは許可されていません。 Rustでは、エイリアスで両方とも使用可能な2つの可変参照を持つことはできません。この制限の動機は、メモリの安全性に関して、ミューテーションとエイリアシングがうまく連携しないという観察です。したがって、コンパイラがコードを拒否したのは良いことです。このようなものをコンパイルすると、あらゆる種類のメモリ破損エラーが発生しやすくなります。

Rustこの種の危険を回避する方法は、最大でone可変参照を使用可能に保つことです。したがって、可変参照に基づいてXへの可変参照を作成する場合XがYによって所有されているYに対して、Xへの参照が存在する限り、Yへの他の参照に触れることができないようにすることをお勧めします。Rustこれは、ライフタイムと借用：このような場合、コンパイラは元の参照が借用されていると見なし、これは結果の参照のライフタイムパラメータにも影響します。

fn mut_get(&mut self) -> &'a mut i32 {
    &mut *self.r
}

に

fn mut_get(&mut self) -> &mut i32 { // <-- no 'a anymore
    &mut *self.r // Ok!
}

コンパイラは、このget_mut関数について文句を言うのをやめます。 &selfではなく'aに一致するライフタイムパラメータを持つ参照を返すようになりました。これにより、mut_getはselfを「借りる」関数になります。そして、それがコンパイラが別の場所について不平を言う理由です：

error[E0499]: cannot borrow `mir` as mutable more than once at a time
  --> src/main.rs:15:13
   |
14 |     let p = mir.mut_get();
   |             --- first mutable borrow occurs here
15 |     let q = mir.mut_get();
   |             ^^^ second mutable borrow occurs here
16 |     println!("{}, {}", p, q);
   |                        - first borrow later used here

どうやら、コンパイラは本当にdidmirを借用すると考えています。これはいい。これは、iのメモリ位置に到達する方法が1つしかないことを意味します：p。

今、あなたは疑問に思うかもしれません：標準ライブラリの作者はどのようにして可変ベクトルイテレータを書くことができましたか？答えは簡単です。彼らは安全でないコードを使用していました。他に方法はありません。 Rustコンパイラは、可変ベクトルイテレータに次の要素を要求するたびに、毎回異なる参照を取得し、同じ参照を2回取得することはないことを単に認識していません。もちろん、そのようなイテレータは同じ参照を2回提供しないので、慣れているこの種のインターフェイスを安全に提供できます。そのようなイテレータを「フリーズ」する必要はありません。イテレータが返す参照の場合は、オーバーラップする場合は、安全ですnot要素にアクセスするためにイテレータを借用する必要があります。内部的には、これは安全でないコードを使用して行われます（生のポインタを参照に変換します）。

あなたの問題の簡単な解決策はMutItemsに頼ることかもしれません。これはすでに、ベクター上でライブラリが提供する可変イテレータです。したがって、独自のカスタムタイプの代わりにそれを使用するだけで済む場合もあれば、カスタムイテレータタイプ内にラップする場合もあります。なんらかの理由でそれができない場合は、独自の安全でないコードを作成する必要があります。そして、そうする場合は、

  • そのエイリアスを複数の可変参照として作成することはありません。そうした場合、これはRustルールに違反し、未定義の動作を呼び出します。
  • PhantomData型を使用して、イテレータが参照のような型であり、ライフタイムをより長いものに置き換えることが許可されておらず、ぶら下がっているイテレータが作成される可能性があることをコンパイラに通知することを忘れないでください。
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sellibitze