在“if let Some(ref mut x) = option”和“if let Some(x) = option.as_mut()”中匹配可变选项引用有什么区别？

Question

背景

考虑一个玩具问题，其中我有一个 Node 结构，它表示链表的节点，我想创建一个函数来构建一个值从 1 到 9 的列表。以下代码按预期工作：

struct Node {
    val: i32,
    next: Option<Box<Node>>,
}

fn build_list() -> Option<Box<Node>> {
    let mut head = None;
    let mut tail = &mut head;
    for n in 1..10 {
        *tail = Some(Box::new(Node {val: n, next: None}));
        if let Some(ref mut x) = tail {
            tail = &mut x.next;
        };
    }
    head
}

但是如果我将build_list函数中的匹配表达式修改为如下，编译失败：

fn build_list() -> Option<Box<Node>> {
    let mut head = None;
    let mut tail = &mut head;
    for n in 1..10 {
        *tail = Some(Box::new(Node {val: n, next: None}));
        if let Some(x) = tail.as_mut() {
            tail = &mut x.next;
        };
    }
    head
}

编译错误：

error[E0506]: cannot assign to `*tail` because it is borrowed
  --> src/main.rs:72:9
   |
72 |         *tail = Some(Box::new(Node {val: n, next: None}));
   |         ^^^^^
   |         |
   |         assignment to borrowed `*tail` occurs here
   |         borrow later used here
73 |         {
74 |             if let Some(x) = tail.as_mut() {
   |                              ---- borrow of `*tail` occurs here

error[E0499]: cannot borrow `*tail` as mutable more than once at a time
  --> src/main.rs:74:30
   |
74 |             if let Some(x) = tail.as_mut() {
   |                              ^^^^ mutable borrow starts here in previous iteration of loop

问题

在这个例子中，有什么区别

if let Some(ref mut x) = tail

和

if let Some(x) = tail.as_mut()

?

（作为一个学习 Rust 的初学者）我希望这些匹配表达式是等价的，但显然我缺少一些细微的差异。

更新

我清理了原始示例中的代码，这样我就不需要列表头部的占位符元素了。差异（和编译错误）仍然存在，我只是得到一个额外的编译错误分配给借来的*tail。

更新 2

（这只是一个奇怪的观察，无助于回答原始问题） 在考虑了@Emoun 的回答之后，编译器应该能够知道tail 在循环的每次迭代中都在变化（这样它可以确保每次都借用&mut x.next）这听起来很重要（在第一个工作示例中）不同）。所以我做了一个实验，通过在tail = &mut x.next; 赋值中添加if n % 2 == 0 条件，以编译器无法判断是否是这种情况的方式更改代码。果然，导致了和另外一个类似的编译错误：

fn build_list() -> Option<Box<Node>> {
    let mut head = None;
    let mut tail = &mut head;
    for n in 1..10 {
        *tail = Some(Box::new(Node {val: n, next: None}));
        if let Some(ref mut x) = tail {
            if n % 2 == 0 {
                tail = &mut x.next;
            }
        };
    }
    head
}

新的错误：

error[E0506]: cannot assign to `*tail` because it is borrowed
  --> src/main.rs:60:9
   |
60 |         *tail = Some(Box::new(Node {val: n, next: None}));
   |         ^^^^^
   |         |
   |         assignment to borrowed `*tail` occurs here
   |         borrow later used here
61 |         if let Some(ref mut x) = tail {
   |                     --------- borrow of `*tail` occurs here

error[E0503]: cannot use `*tail` because it was mutably borrowed
  --> src/main.rs:61:16
   |
61 |         if let Some(ref mut x) = tail {
   |                ^^^^^---------^
   |                |    |
   |                |    borrow of `tail.0` occurs here
   |                use of borrowed `tail.0`
   |                borrow later used here

error[E0499]: cannot borrow `tail.0` as mutable more than once at a time
  --> src/main.rs:61:21
   |
61 |         if let Some(ref mut x) = tail {
   |                     ^^^^^^^^^ mutable borrow starts here in previous iteration of loop

Answer 1

你的代码的第二个版本失败的原因是因为 rust 的方法/函数总是借用整个对象，而不是它们的一部分。

在您的情况下，这意味着tail.as_mut() 可变地借用tail，并且只要使用tail，这种借用就会保持有效：

...
    for n in 1..10 {
        *tail = Some(Box::new(Node {val: n, next: None})); // Error in the second iteration,
                                                           // 'tail' was already borrowed
        if let Some(x) = tail.as_mut() { // <-+ Borrow of 'tail' starts in the first iteration
            tail = &mut x.next;          // <-+ 'tail' now borrows itself
        };                               //   |
    }                                    // <-+ Borrow of 'tail' ends here, after the last iteration
...

由于x 是tail 的借用，&mut x.next 也是tail 的借用，这意味着tail = &mut x.next 是tail 借用自身。因此，只要tail 在范围内，tail 的初始借用就不会超出范围。每次迭代都使用tail，所以借用只能在循环的最后一次迭代后超出范围。

现在，为什么build_list 的第一个版本可以工作？简而言之：因为tail 永远不会被借用。 if let Some(ref mut x) = tail 是将tail 解构为它的组件（在本例中为Option::Some 和x）。这不是整体借用tail，它只是借用x。当您然后tail = &mut x.next 时，您现在还将x 解构为它的组件（仅提取next），并使用tail 借用它。在下一次迭代中，tail 不会被借用，因此可以很高兴地重新分配。

方法/函数调用的局限性在于它们不知道您以后将使用对象的哪些部分。因此，as_mut() 必须借用整个tail，即使您只使用了其中的一部分。这是类型系统的限制，也是 getter/setter 方法比直接调用结构的成员更弱/更受限制的原因之一：getter/setter 将强制您借用整个结构，而直接访问成员只会借用它成员而不是其他人。