如何在 Rust 中使用泛型类型的内部可变性？

Question

我想在 Rust 中设计一个结构，它可以用实现 Digest 特征的对象构造，并抽象出方法背后的哈希行为。这是一个无法编译的简单示例：

use digest::Digest;

struct Crypto<D: Digest> {
    digest: D,
}

impl<D> Crypto<D>
where
    D: Digest,
{
    pub fn hash(&self, data: &[u8]) -> Vec<u8> {
        self.digest.chain(&data).finalize_reset().to_vec()
    }
}

这无法编译，因为self 在方法签名中被不可变地借用，所以self.digest 不能被不可变地借用。因此，它尝试复制它，但由于 D 泛型未定义为遵循 Copy 特征，因此它失败了。

无论如何，我宁愿不复制它。我宁愿有一个实例。我尝试过的一些事情：

• 将方法签名改为采用mut self。但这会将对象的所有权转移到方法中，之后就不能再使用了。

• 将digest 字段包装在RefMut 或Cell 中，以努力采用internal mutability，但我无法找到正确的方法，然后在没有尝试的情况下可变地借用digest复制值。此外，如果可能，希望在编译时保留借用检查。

• 将D 的类型更改为返回Digest 实例的函数，并使用它在hash() 方法内实例化一个新摘要。但是，即使我将其定义为D: Box<dyn Digest>，编译器也会抱怨the value of the associated type OutputSize (from trait digest::Digest) must be specified。所以这看起来很有挑战性，因为我想支持不同的哈希算法，这些算法会产生不同大小的哈希值。

我试图使用泛型来获得 trait bound 的编译时优势，但不得不承认，在与行为需要可变性的对象组合时，内部可变性的挑战阻碍了我。非常感谢针对这一设计挑战的惯用 Rust 解决方案的指针。

奖励 — 我如何避免 to_vec() 复制而只返回 the array returned by finalize_reset()？

Answer 1

要添加到user4815162342's digest factory answer，这里有一个使用内部可变性的替代实现：

use digest::Digest;
use std::cell::RefCell;

struct Crypto<D: Digest> {
    digest: RefCell<D>,
}

impl<D> Crypto<D>
where
    D: Digest,
{
    pub fn hash(&self, data: &[u8]) -> Vec<u8> {
        let mut digest = self.digest.borrow_mut();
        digest.update(&data);
        digest.finalize_reset().to_vec()
    }
}

playground

Answer 2

无论如何，我宁愿不复制它。我宁愿拥有一个 [self.digest] 实例。

问题在于self.digest.chain() 消耗（拥有）self.digest，这是Digest::chain() 合同的基本部分，您无法更改。内部可变性无济于事，因为它不是可变性问题，而是对象生命周期问题 - 在对象被移动或丢弃后，您无法使用它。

不过，您让digest 成为创建摘要的函数的想法应该可行。它将需要两种泛型类型，一种用于摘要类型，特征绑定为Digest，另一种用于工厂，特征绑定为Fn() -> D：

struct Crypto<F> {
    digest_factory: F,
}

impl<D, F> Crypto<F>
where
    D: Digest,
    F: Fn() -> D,
{
    pub fn hash(&self, data: &[u8]) -> Vec<u8> {
        (self.digest_factory)()
            .chain(&data)
            .finalize()  // use finalize as the object is not reused
            .to_vec()
    }
}

如何避免 to_vec() 复制并只返回 finalize_reset() 返回的数组？

您可以让hash() 返回与finalize()、digest::Output<D> 相同的类型：

pub fn hash(&self, data: &[u8]) -> digest::Output<D> {
    (self.digest_factory)()
        .chain(&data)
        .finalize()
}