3 生命周期省略

原文链接: https://tfpk.github.io/lifetimekata/chapter_3.html

上一章我们了解了为什么需要生命周期。编译器无法自动判断参数或返回值中的引用如何相互关联，因此我们需要告诉编译器这些引用是相关的。

话虽如此，你大概写过需要引用（很可能是 &str）的 Rust 函数，却从未写过生命周期。那时为什么不必标注？Rust 中有一些常见模式，能让编译器清楚推断生命周期应该是什么。让我们看几个例子：

示例 1：返回值中没有引用

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fn add(a: &i32, b: &i32) -> i32 {
    *a + *b
}

# fn main() {
#     assert_eq!(add(&3, &4), 7);
# }

在这个函数中，a 和 b 的生命周期不必相互关联。假设只有一个线程，且代码是安全的，它们所引用的变量在函数执行期间不可能被 drop；函数返回后，它们想存活多久都可以。

示例 2：输入中只有一个引用

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fn identity(a: &i32) -> &i32 {
    a
}

# fn main() {
#     let x = 52;
#     assert_eq!(&x, identity(&x));
# }

值得注意的是，（通常 {{footnote: 对于 static 类型（如字符串字面量）这是可能的，我们将在后面讲到}} ）若引用不是传入的，就不可能创建引用并把它传出函数。因为引用必须指向你拥有的东西，而你拥有的东西在函数结束时会被 drop。因此你拥有的东西无法被引用；唯一能返回引用的方式，就是有人把引用传给了你。

因此，若参数中只有一个引用，你能返回的引用也只有那一个——参数的生命周期必须与返回的引用相同。

怎么办

Rust 本可以把这些情况专门写成例外；但那样可能会有大量例外，规则也会变得令人困惑。

相反，Rust 项目确定了一套编译器遵循的推断生命周期的流程。

编译器首先把函数签名中的所有引用分为两类：「输入」和「输出」。「输入」引用在函数参数（即实参）中；「输出」引用在函数返回类型中。

本章要学的两条规则是：

1. 每个被省略（即「省略标注」）的输入生命周期，都会填入各自独立的生命周期。
2. 若所有输入引用上恰好只有一个生命周期，该生命周期会赋给每一个输出生命周期。

看看这些规则如何影响上面两个例子，以及上一章的一个例子：

示例 1：返回值中没有引用

我们有：

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fn add(a: &mut i32, b: &mut i32) -> i32 {
    *a + *b
}

有两个输入生命周期，分别对应 a 和 b 的类型。各自分配独立的生命周期：

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fn add<'elided1, 'elided2>(a: &'elided1 i32, b: &'elided2 i32) -> i32 {
    *a + *b
}

# fn main() {
#     assert_eq!(add(&3, &4), 7);
# }

没有输出生命周期，到此结束。

这个例子现在正确了——a 和 b 的两个生命周期可以完全无关；输出是拥有所有权的值，根本不依赖任何生命周期。

示例 2：输入中只有一个引用

我们有：

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fn identity(a: &i32) -> &i32 {
    a
}

# fn main() {
#     let x = 52;
#     assert_eq!(&x, identity(&x));
# }

只有一个输入生命周期（a 的类型需要）：

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fn identity<'elided1>(a: &'elided1 i32) -> &i32 {
    a
}

# fn main() {
#     let x = 52;
#     assert_eq!(&x, identity(&x));
# }

只有一个输出生命周期；且所有输入生命周期共享同一生命周期（'elided1）；因此可以把所有输出生命周期都设为该生命周期：

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fn identity<'elided1>(a: &'elided1 i32) -> &'elided1 i32 {
    a
}

# fn main() {
#     let x = 52;
#     assert_eq!(&x, identity(&x));
# }

现在就说得通了：返回 &i32 的唯一可能方式，就是从参数得到它；可以看到输入与输出共享同一生命周期。

示例 3：省略标注的局限

再看上一章的这个例子。

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fn max_of_refs(a: &i32, b: &i32) -> &i32 {
    if *a > *b {
        a
    } else {
        b
    }
}

与示例 1 一样，有两个输入生命周期，因此给它们分配不同的生命周期：

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fn max_of_refs<'elided1, 'elided2>(a: &'elided1 i32, b: &'elided2 i32) -> &i32 {
    if *a > *b {
        a
    } else {
        b
    }
}

但与示例 1 不同，这里需要输出生命周期！根据第二条规则，只有在恰好有一个输入生命周期时，才能省略输出生命周期。因此 Rust 认为此处省略生命周期是错误——用户必须提供更多信息！

练习：应用这些规则

本练习中有四个函数缺少部分生命周期标注。你的任务是手动遵循生命周期省略规则，按编译器会做的方式为这些函数补上生命周期。

在 lifetimekata 的未来版本中，这些会自动检查。目前完成后，请对照参考答案核对。