rust - 我应该如何重组图形代码以避免出现 "Cannot borrow variable as mutable more than once at a time"错误？

Question

我有一个成功编译的简单图表:

use std::collections::HashMap;

type Key = usize;
type Weight = usize;

#[derive(Debug)]
pub struct Node<T> {
    key: Key,
    value: T,
}
impl<T> Node<T> {
    fn new(key: Key, value: T) -> Self {
        Node {
            key: key,
            value: value,
        }
    }
}

#[derive(Debug)]
pub struct Graph<T> {
    map: HashMap<Key, HashMap<Key, Weight>>,
    list: HashMap<Key, Node<T>>,
    next_key: Key,
}
impl<T> Graph<T> {
    pub fn new() -> Self {
        Graph {
            map: HashMap::new(),
            list: HashMap::new(),
            next_key: 0,
        }
    }
    pub fn add_node(&mut self, value: T) -> &Node<T> {
        let node = self.create_node(value);
        node
    }

    fn create_node(&mut self, value: T) -> &Node<T> {
        let key = self.get_next_key();
        let node = Node::new(key, value);
        self.list.insert(key, node);
        self.map.insert(key, HashMap::new());
        self.list.get(&key).unwrap()
    }

    fn get_next_key(&mut self) -> Key {
        let key = self.next_key;
        self.next_key += 1;
        key
    }
}

但是当我使用它时编译失败:

fn main() {
    let mut graph = Graph::<i32>::new();
    let n1 = graph.add_node(111);
    let n2 = graph.add_node(222);
}

错误:

error[E0499]: cannot borrow `graph` as mutable more than once at a time
  --> src/main.rs:57:14
   |
56 |     let n1 = graph.add_node(111);
   |              ----- first mutable borrow occurs here
57 |     let n2 = graph.add_node(222);
   |              ^^^^^ second mutable borrow occurs here
58 | }
   | - first borrow ends here

类似的问题我都看过了。我知道这是失败的，因为方法 Graph::add_node() 使用 &mut self。在所有类似的问题中，一般的答案是“重构你的代码”。我不明白我该怎么办？我应该如何重构这段代码？

Answer 1

通过返回 &Node<T>来自 add_node ，你有效地锁定了整个Graph<T>对象，因为你是从它那里借来的。并且有充分的理由；尝试运行这个 main :

fn main() {
    let mut graph = Graph::<i32>::new();
    let n1 = graph.add_node(111) as *const _;
    let mut inserts = 0;
    loop {
        inserts += 1;
        graph.add_node(222);
        let n1bis = graph.list.get(&0).unwrap() as *const _;
        if n1 != n1bis {
            println!("{:p} {:p} ({} inserts)", n1, n1bis, inserts);
            break;
        }
    }
}

这是该程序的可能输出:

0x7f86c6c302e0 0x7f86c6c3a6e0 (29 inserts)

此程序添加第一个节点并将其地址存储为原始指针(原始指针没有生命周期参数，因此释放了对 Graph 的借用)。然后，它添加更多节点，一次一个，然后再次获取第一个节点的地址。如果第一个节点的地址发生变化，它会打印这两个地址以及插入到图中的其他节点的数量。

HashMap使用随机散列，因此每次执行时插入的数量会有所不同。但是，它将最终需要重新分配内存以存储更多条目，因此最终， map 中节点的地址会发生变化。如果您在发生这种情况后尝试取消引用旧指针(例如 n1)，那么您将访问释放的内存，这可能会返回垃圾数据或导致错误(通常是段错误)。

了解了这一切，应该清楚add_node不应返回 &Node<T> .以下是一些备选方案:

• 制作add_node什么都不返回，或者返回 Key , 并提供一个单独的方法来获取 &Node<T>给了一把 key 。
• 将您的节点包装在 Rc<T> 中或 Arc<T> .也就是说，而不是 list作为HashMap<Key, Node<T>> , 这将是一个 HashMap<Key, Rc<Node<T>>> .你可以clone()一个Rc或 Arc复制指针并增加引用计数；在 HashMap 中存储一份副本并从 add_node 返回另一个副本.
  • 如果您还需要在保留改变图的能力的同时改变节点，您可能需要结合 Rc与 RefCell , 或 Arc与 Mutex .