rust - 函数指针的生命周期是 <'a, ' _> 而它应该是 <'r>

Question

有时我会与生命作斗争。我还在学习，我不知道这里发生了什么:

use std::future::Future;
use futures::future::{BoxFuture, FutureExt};

struct M{}
struct Client{}

impl Client {
    async fn send_and_expect<'a>(
        &'a mut self,
        m: &M
    ) -> std::result::Result<(), ()> {
        Ok(())
    }
    
    pub fn connection_retrier<'a, T>(
        f: fn(&'a mut Self, &M) -> T,
        f_self: &'a mut Self,
        f_m: &'a M,
    )-> BoxFuture<'a, std::result::Result<(),()>>
    where
        T: Future<Output = std::result::Result<(), ()>> + 'a
    {
        async move {
            Client::send_and_expect(f_self, f_m).await
        }.boxed()
    }
    
    async fn send_with_retry<'a>(&'a mut self) -> std::result::Result<(), ()> {
        let m = M{};
        Client::connection_retrier(
                    Client::send_and_expect, 
                    &mut *self, &m).await
    }
}

错误:

   Compiling playground v0.0.1 (/playground)
error[E0308]: mismatched types
  --> src/lib.rs:31:21
   |
11 |     ) -> std::result::Result<(), ()> {
   |          --------------------------- the `Output` of this `async fn`'s found opaque type
...
31 |                     Client::send_and_expect, 
   |                     ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ one type is more general than the other
   |
   = note: expected fn pointer `for<'r> fn(&mut Client, &'r M) -> impl futures::Future`
              found fn pointer `for<'a, '_> fn(&'a mut Client, &M) -> impl futures::Future

Playground
我现在完全不明白为什么在 for<'r> fn(&mut Client, &'r M) -> impl futures::Future , &mut Client没有生命。还有什么 _表示在 for<'a, '_> fn(&'a mut Client, &M) -> impl futures::Future`？
我非常有兴趣了解这里发生的事情。

Answer 1

清理代码
为了从编译器的角度查看此代码，让我们将本示例中的所有生命周期参数更改为显式并具有不同的名称，展开 async fn糖，然后看看错误是如何变化的。
上面的例子在生命周期推断和脱糖之后等价于下面的例子。

// name the second lifetime, and expand the async fn sugar.
fn send_and_expect<'a, 'b>(&'a mut self, m: &'b M) -> impl Future<Item=Result<(), ()>> + 'a + 'b 
{ ... }

// rename 'a to 'c to avoid ambiguous lifetime names
pub fn connection_retrier<'c, T>(
        f: for<'d> fn(&'c mut Self, &'d M) -> T, // name the implicit higher-ranked lifetime here
        f_self: &'c mut Self,
        f_m: &'c M,
    )-> BoxFuture<'c, std::result::Result<(), ()>>
where T: Future<Output = std::result::Result<(), ()>> + 'c 
{ ... }

// rename 'a to 'e to avoid ambiguous lifetime names
async fn send_with_retry<'e>(&'e mut self) -> std::result::Result<(), ()> {

进行此更改后，错误变为:

Compiling playground v0.0.1 (/playground)
error[E0308]: mismatched types
  --> src/lib.rs:31:21
   |
11 |     ) -> std::result::Result<(), ()> {
   |          --------------------------- the `Output` of this `async fn`'s found opaque type
...
31 |                     Client::send_and_expect, 
   |                     ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ one type is more general than the other
   |
   = note: expected fn pointer `for<'d> fn(&mut Client, &'d M) -> impl futures::Future`
              found fn pointer `for<'a, 'b> fn(&'a mut Client, &'b M) -> impl futures::Future`

这应该可以澄清您关于 '_ 的问题: 这只是编译器给 send_and_expect 推断的第二个生命周期参数的名称.至于 &mut Client 上的缺失生命周期，你可以看到这里仍然缺少它。由于我不完全理解的原因，并且以取决于给出的确切错误消息的方式，编译器有时会在打印引用类型时省略具体的生命周期，但请不要误会，该引用的生命周期是 'c .
解决错误
进入实际问题。签名 f表示 connection_retrier期待一个函数，它 (1) 引用生命周期 &'c (2) 任何其他生命周期的引用，以及 (3) 返回 Future只要 'c 将保持有效的类型确实，正如您的 where 所指定的那样边界。
当我们通过 send_and_expect至 connection_retrier ，为了使签名匹配，编译器将其强制为类型 for<'d> send_and_expect::<'c, 'd> .但该类型不满足上述条件(3)!与常规函数不同， async 的默认行为函数是在其返回类型中捕获所有输入生命周期，因此返回类型为 for<'d> send_and_expect::<'c, 'd>实际上是 impl Future<Item=Result<(), ()>> + 'c + 'd ，正如您可以通过查看 send_and_expect 看出的那样的扩展签名。
由于这种类型借用了两个生命周期 'c和 'd ，并且没有约束 'd: 'c (阅读: 'd 生命周期长于 'c )，它可能不会在整个生命周期内保持有效 'c , 如果 'd先结束。正是这种不匹配导致您收到相当神秘的生​​命周期错误。有两种方法可以解决此问题，具体取决于您喜欢的语义。您可以:

从 f 中删除排名较高的界限完全，并在 connection_retrier 中准确指定您将调用它的生命周期(两个 &'c 。)

pub fn connection_retrier<'c, T>(
        f: fn(&'c mut Self, &'c M) -> T
        f_self: &'c mut Self,
        f_m: &'c M,
    ) -> BoxFuture<'c, std::result::Result<(), ()>>
where T: Future<Output = std::result::Result<(), ()>> + 'c 
{ ... }

保留 connection_retrier 的签名相同并指定由 send_and_expect 返回的 future 只借用它的第一个参数。为此，您需要删除 async fn在签名上加糖并将 body 包裹在 async move 中堵塞。

fn send_and_expect<'a, 'b>(&'a mut self, m: &'b M) -> impl Future<Output=Result<(), ()>> + 'a 
{ async move { ... } }

请注意，您无法通过编写 f 的类型来解决此问题。如 for<'d: 'c> fn(&'c mut Self, &'d M) -> T ，因为目前普遍量化的生命周期不允许有界限。