我可以强制一个特征是协变的吗？

Question

感谢@francis-gagné 的excellent answer 另一个问题，我对方差的工作原理有了更清晰的认识。例如，包含引用的类型在其生命周期参数中是协变的，如下所示。

struct Foo<'a> (PhantomData<&'a str>);

/// Foo is covariant over its lifetime parameter
pub fn test_foo<'a:'b, 'b:'c, 'c>() {
    let fa: Foo<'a> = Foo(PhantomData);
    let fb: Foo<'b> = Foo(PhantomData);
    let fc: Foo<'c> = Foo(PhantomData);

    let v: Vec<Foo<'b>> = vec![fa, fb]; // fc is not accepted
}

另一方面，接受引用（或包含它的类型）的函数在其生命周期参数内是逆变的。

struct Bar<'a> (PhantomData<fn(&'a str)>);

/// Bar is contravariant over its lifetime parameter
pub fn test_bar<'a:'b, 'b:'c, 'c>() {
    let ba: Bar<'a> = Bar(PhantomData);
    let bb: Bar<'b> = Bar(PhantomData);
    let bc: Bar<'c> = Bar(PhantomData);

    let v: Vec<Bar<'b>> = vec![bb, bc]; // ba is not accepted
}

最后，带有生命周期参数的 trait 在其生命周期参数中是不变的。

pub trait Baz<'a> {}

impl<'a> Baz<'a> for () {}

/// Baz is invariant over its lifetime parameter
pub fn test_baz<'a:'b, 'b:'c, 'c>() {
    let za: Box<dyn Baz<'a>> = Box::new(());
    let zb: Box<dyn Baz<'b>> = Box::new(());
    let zc: Box<dyn Baz<'c>> = Box::new(());

    let v: Vec<Box<dyn Baz<'b>>> = vec![zb]; // za and zx are not accepted
}

这是有道理的，因为特征可以通过协变和逆变类型来实现，如下所示。

impl<'a> Baz<'a> for Foo<'a> {}
impl<'a> Baz<'a> for Bar<'a> {}

我的问题是：我可以强制特征在其生命周期参数中是协变的吗？我希望有一个标记特征，例如：

trait Baz<'a>: Covariant<'a> {}

这将使使用逆变类型实现该特征是非法的，并允许za 成为上述test_baz 函数中向量v 的成员。

当然，能够做相反的事情（强制特征是逆变的）也可能很有用......

Examples in the playground

Answer 1

我找到了解决方法。我没有将 trait 标记为协变（正如@trentcl 所指出的，这在 Rust 1.31 中是不可能的），而是让该类型在小于其自身的所有生命周期内实现该 trait：

impl<'a:'b, 'b> Baz<'b> for Foo<'a> {}

这样，我可以在需要Bar<'b> 时使用Foo<'b> 和 Foo<'a> 的实例：

pub fn test_baz<'a:'b, 'b:'c, 'c>() {
    let fa: Foo<'a> = Foo(PhantomData);
    let fb: Foo<'b> = Foo(PhantomData);
    let fc: Foo<'c> = Foo(PhantomData);

    let v: Vec<&dyn Baz<'b>> = vec![&fa, &fb]; // &fc is not accepted
}

当然，这要求 trait 的每个实现者都遵循这个模式，所以它不如将 trait 本身标记为协变那么强大。但在某些情况下它可以解决问题。

Example in the playground

Answer 2

没有。

您可以表示“为 any 'x 实现 Baz<'x> 的值”：

pub fn test_baz<'a:'b, 'b:'c, 'c>() {
    let za: Box<dyn for<'x> Baz<'x>> = Box::new(());
    let zb: Box<dyn for<'x> Baz<'x>> = Box::new(());
    let zc: Box<dyn for<'x> Baz<'x>> = Box::new(());

    let v: Vec<Box<dyn for<'x> Baz<'x>>> = vec![za, zb, zc];
}

但是你不能（从 Rust 1.31 开始）写 Box<dyn for<'x: 'b> Baz<'x>>，即使你可以，这种语法也只能在生命周期内有效；它不会让你表达类型参数的协方差。