循环中看似不一致的借用检查器行为答案

【问题标题】：Seemingly inconsistent borrow-checker behaviour in loops循环中看似不一致的借用检查器行为
【发布时间】：2021-02-13 02:41:15
【问题描述】：

在测试基本插件系统的实现时，我遇到了一些看似不一致的借用检查器行为。

具有以下结构

struct Plugin {
    data: [u8; 256],
}

impl Plugin {
    fn new() -> Plugin { Plugin { data: [0; 256], } }
    fn write(&mut self, port: usize, val: u8) { self.data[port] = val; }
    fn read(&self, port: usize) -> u8 { self.data[port] }
}

struct System<'a> {
    plugin: Option<&'a mut Plugin>,
}

impl<'a> System<'a> {
    fn new() -> System<'a> { System { plugin: None, } }
    fn attach_plugin(&mut self, plugin: &'a mut Plugin) { self.plugin = Some(plugin); }
    fn detach_plugin(&mut self) { self.plugin = None; }
}

给定以下设置代码

let mut system = System::new();
let mut plugin = Plugin::new();

system.attach_plugin(&mut plugin);

以下代码不起作用

for i in 0..255 {
    system.plugin.as_mut().unwrap().write(i as usize, i);
    let val = plugin.data[i as usize]; // This line produces two errors
    assert_eq!(val, i);
}

显示这两条错误信息：

error[E0503]: cannot use 'plugin.data' because it was mutably borrowed

和

error[E0503]: cannot use 'plugin.data[_]' because it was mutably borrowed

但是，如果通过系统的访问被分离到它自己的循环中，则代码编译时不会出现错误或警告。

for i in 0..255 {
    system.plugin.as_mut().unwrap().write(i as usize, i);
}
for i in 0..255 {
    let val = plugin.data[i as usize]; // This line doesn't produce any errors
    assert_eq!(val, i);
}

我注意到这两个示例之间唯一显着的区别是，在工作示例中，第一行在它自己的范围内，但是对产生错误的代码进行以下更改并不能修复错误：

for i in 0..255 {
    {
        system.plugin.as_mut().unwrap().write(i as usize, i);
    }
    let val = plugin.data[i as usize]; // This line still produces two errors
    assert_eq!(val, i);
}

所以范围界定似乎并不是影响行为变化的因素。

为什么将代码分成两个循环会使代码停止产生错误？

【问题讨论】：

标签： rust borrow-checker

【解决方案1】：

嗯，结构的生命周期在最后一个使用位置结束。

详细来说，您的原始代码的错误消息：

error[E0503]: cannot use `plugin.data` because it was mutably borrowed
  --> src/main.rs:29:15
   |
26 |     system.attach_plugin(&mut plugin);
   |                          ----------- borrow of `plugin` occurs here
27 |     for i in 0..255 {
28 |     system.plugin.as_mut().unwrap().write(i as usize, i);
   |     ------------- borrow later used here
29 |     let val = plugin.data[i as usize]; // This line produces two errors
   |               ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ use of borrowed `plugin`

它清楚地解释了system 包含对plugin 的可变引用。在 for 循环中，您首先使用system，然后在下一行中不可变地引用plugin。 Rust 不允许同时使用可变引用和不可变引用。请注意，您处于循环中，因此下一次迭代仍然使用system，即当let val = plugin.data[i as usize] 正在执行时（至少在第一次迭代中），system 仍然存在。

如果你将system 和plugin 操作分成两个“for”循环它不会出错的原因是，在第一个“for”循环之后你不使用system，所以编译器决定system 的生命周期在第一个“for”循环之后立即结束。这样就不会有借用违规了。

在一个循环中使用作用域没有帮助的原因仍然是，您还有循环的下一次迭代，所以system 的生命周期不会在下一句之前结束。

【讨论】：

【解决方案2】：

当您执行system.attach_plugin(&mut plugin) 时，您已为system 提供了对plugin 的专有引用。因此，当system 存在时，不能使用plugin。

编译代码有效，因为编译器发现在第一个循环之后system 不再使用。因此它可以释放对引用的独占保留，允许再次使用 plugin。

【讨论】：