为什么从引用切换到 RefCell 会导致借用检查器失败？

Question

Rust (1.78.0) 成功编译以下代码：

struct Foo<'a>(&'a mut usize);
impl<'a> Foo<'a> {
    pub fn func(&self, _s: &'a mut String) -> &'a str {
        "hello world"
    }
}

fn test_func(arg: &Foo) {
    let mut buf = String::new();
    let _s = arg.func(&mut buf);
}

现在我更改

Foo

的定义以将引用保留在

RefCell

内：

struct Foo<'a>(std::cell::RefCell<&'a mut usize>);
impl<'a> Foo<'a> {
    pub fn func(&self, _s: &'a mut String) -> &'a str {
        "hello world"
    }
}

fn test_func(arg: &Foo) {
    let mut buf = String::new();
    let _s = arg.func(&mut buf);
}

现在失败了：

error[E0597]: `buf` does not live long enough
  --> src/main.rs:12:23
   |
10 | fn test_func(arg: &Foo) {
   |              --- has type `&Foo<'1>`
11 |     let mut buf = String::new();
   |         ------- binding `buf` declared here
12 |     let _s = arg.func(&mut buf);
   |              ---------^^^^^^^^-
   |              |        |
   |              |        borrowed value does not live long enough
   |              argument requires that `buf` is borrowed for `'1`
13 | }
   | - `buf` dropped here while still borrowed

尽管没有修改函数签名，但为什么此更改会导致借用检查器失败？感谢您的帮助！

Answer 1

你的例子并不是真正等价的，因为在第一种情况下

Foo::func

不能改变

&mut usize

后面的

&self

，而在第二种情况下它可以。

特别是，如果在第一种情况下

Foo::func

收到

&mut self

而不是

&self

，你会遇到同样的错误（playground）：

struct Foo<'a>(&'a mut usize);
impl<'a> Foo<'a> {
    pub fn func(&mut self, _s: &'a mut String) -> &'a str {
        "hello world"
    }
}

fn test_func(arg: &mut Foo) {
    let mut buf = String::new();
    let _s = arg.func(&mut buf);
}

这是为什么呢？因为

func

可以将源自其

self.0

参数的引用分配给

_s

。虽然 usize 中的

String

可能

（使用不安全代码），但如果我们将字段类型更改为 

&mut str

 (

playground)，则更容易演示：

struct Foo<'a>(&'a mut str);
impl<'a> Foo<'a> {
    pub fn func(&mut self, s: &'a mut String) -> &'a str {
        self.0 = s;
        "hello world"
    }
}

你现在明白为什么

test_func

有问题了吗？当它返回时，

arg.0

将保存对已释放内存的引用！未定义的行为。

但是，

Foo::func

没有收到

&mut self

，而是收到了

&self

。借用检查员接受了这一点，因为非正式地，该字段的突变是不可能的。然而，当处于 

RefCell

 时，可以通过共享引用进行突变，因此调用再次被拒绝。

对这个非正式论证的更正式的处理，正如@kmdreko在上面的评论中所说，是通过

variance的方式：&'a mut T

在

'a

中是协变的，而

RefCell<&'a mut T>

在

'a

中是不变的；因此，

Foo

的生命周期参数分别是协变和不变的，

&Foo

也是如此（而

&mut Foo

是不变的）。有关更多信息，请参阅 

Rustonomicon 有关子类型和方差的章节。