在Rust中，"Box<Fn() + Send + 'static>"是什么意思？

Question

Box<Fn() + Send + 'static> 在 Rust 中是什么意思？

在我阅读高级类型章节时偶然发现了这个语法。 Send 是一个 trait，但是将生命周期（在这种情况下为'static）与 trait（Send）相加意味着什么？另外，Fn() 是什么意思？

- soupybionics

Answer 1

让我们逐个分解它。

Box

Box<T>是指向堆上分配的T的指针。我们在这里使用它，因为特质对象只能存在于指针后面。

Trait objects

在Box<Fn() + Send + 'static>中，Fn() + Send + 'static是一种trait object类型。将来，它将被写成 Box<dyn (Fn() + Send + 'static)>以避免混淆。

dyn内部限制了原始类型。只有当T: Fn() + Send + 'static时，Box<T>才可以强制转换为Box<Fn() + Send + 'static>。因此，尽管我们不知道原始类型是什么，但我们可以假设它是Fn()和Send并且具有'static生命周期。

Fn()

这是一个特质，就像Clone或Default一样。但是，它使用了特殊的语法糖。

• Fn(A1, ..., An)是Fn<(A1, ..., An), Output=()>的语法糖。
• Fn(A1, ..., An) -> R是Fn<(A1, ..., An), Output=R>的语法糖。
• 这种语法糖也适用于以下特征：Fn, FnMut, FnOnce和FnBox。

那么Fn是什么意思呢？T: Fn(A1, ..., An) -> R表示x: T是一个可调用对象，其参数为A1, ..., An，返回类型为R。示例包括函数指针和闭包。

发送

Send表示该类型的值可以在线程间发送。由于这是一个自动特质, 它可以作为dyn类型(trait object types)的第二个限制条件 (trait object types).

'static限定

实际上，dyn类型(trait object types)必须有一个生命周期限定。当省略时会被推断。推断规则在RFC 0192 和 RFC 1156中描述。基本规则如下:

1. 如果明确给出，使用该生命周期。
2. 否则，从内部特质中推断。例如，Box<Any> 是 Box<Any + 'static>，因为 Any: 'static。
3. 如果特质没有适当的生命周期，则从外部类型中推断。例如，&'a Fn() 是 &'a (Fn() + 'a)。
4. 如果甚至都失败了，就退回到 'static（对于函数签名）或匿名生命周期（对于函数体）。

结论

f: Box<Fn() + Send + 'static> 是一个拥有指向可调用值（原始类型未知且可动态更改），例如没有参数或没有返回值的闭包的所有权指针，可以跨线程发送并在程序本身存在期间保持活动状态。

- Masaki Hara

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非常感谢Masaki的详细解释！一个离题的问题：Box<&i32>是否意味着它将在堆中分配指针/引用，并且借用的内容（i32）（它指向的数据）可能在堆栈上，而*b将给我&i32，**b将给我100（假设let m = 100; let b:Box<&i32> = Box::new(&m);）；不考虑println！这里的autorefs。 - soupybionics

@soupybionics 我知道你现在可能不在意了，但我相信是这样的。当然，将引用装箱到堆栈分配的值上没有太多理由，而且在 i32 被删除或移动后，你也无法对该盒子进行太多操作，因为它将无效。 - Hutch Moore

@HutchMoore，是的，这更像是一个假设性问题。 - soupybionics

Answer 2

我发现最受欢迎的答案中，'static部分需要更详细的解释。

将底层具体类型称为A。

特质对象Box<dyn Fn() + Send + 'static>可以由A的实例构建，这意味着A：Fn() + Send + 'static。也就是说，具体类型A受到'static寿命的限制。

trait bound中对'static的解释:

作为一个特质边界，它意味着该类型不包含任何非静态引用。例如，接收方可以持有该类型，直到他们放弃它为止，它永远不会失效。

重要的是要明白，这意味着任何拥有的数据始终通过'static生命周期绑定传递，但对该拥有数据的引用通常不会这样做。

对于使用任何生命周期作为特质边界的情况，有一个生成式的解释：

T：'a表示T的所有生命周期参数必须比'a'更长。例如，如果'a'是无约束的生命周期参数，那么i32：'static和&'static str：'a就是满足的，但Vec<&'a ()>: 'static则不是。

对于我们的情况，A的所有生命周期参数都必须比'static更长，例如

pub struct A<'a> {
   buf: &'a[u8]
}

无法满足 A: 'static 要求。

- Izana

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那么，“静态生命周期”是一件坏事吗？如果我滥用它，是否意味着它们永远不会被释放？还是说Rust即使在“静态生命周期”上，如果对象/引用不再使用，也足够聪明地将其释放？ - Rafael Merlin

@RafaelMerlin，这并不坏。如果在参考上下文中，它意味着在整个程序生命周期内存在。您还可以使用Box来有意地“泄漏”堆内存。完全控制底层内存生命周期是一件好事。如果您决定过度使用它，那么您需要承担后果。我认为这很公平。 - Izana