内部可变性的困扰

Question

我有这样一个数据结构：

struct R {
    hmhs: HashMap<i64, HashSet<i64>>,
}

impl R {
    fn hs_for_hmhs(&mut self) -> &mut HashSet<i64> {
        if let None = self.hmhs.get(&0) {
            self.hmhs.insert(0, HashSet::new());
        }

        self.hmhs.get_mut(&0).unwrap()
    }

    fn iter_for_hmhs<'a>(&'a mut self) -> impl Iterator<Item = &'a i64> {
        self.hs_for_hmhs().iter()
    }

    fn insert_for_hmhs(&mut self, i: i64) -> bool {
        self.hs_for_hmhs().insert(i)
    }
}

这似乎可行，但所有的方法都需要对 self 的可变引用，这很不幸。我尝试使用内部可变性：

struct S {
    hmhs: RefCell<HashMap<i64, HashSet<i64>>>,
}

impl S {
    fn hs_for_hmhs(&self) -> &HashSet<i64> {
        if let None = self.hmhs.borrow().get(&0) {
            self.hmhs.borrow_mut().insert(0, HashSet::new());
        }

        self.hmhs.borrow_mut().get_mut(&0).unwrap()
    }

    fn iter_for_hmhs(&mut self) -> impl Iterator<Item = &i64> {
        self.hs_for_hmhs().iter()
    }

    fn insert_for_hmhs(&mut self, i: i64) -> bool {
        self.hs_for_hmhs().insert(i)
    }
}

然而，我似乎经常遇到问题。主要是一些如何在不破坏封装的情况下返回RefCell内部内容的引用？的变体。

我已经尝试了很多变种，但我在理解上缺少了一些基础知识。有没有办法实现我想要的功能？ 完整代码：

use std::cell::RefCell;
use std::collections::{HashMap, HashSet};

struct R {
    hmhs: HashMap<i64, HashSet<i64>>,
}

impl R {
    fn hs_for_hmhs(&mut self) -> &mut HashSet<i64> {
        if let None = self.hmhs.get(&0) {
            self.hmhs.insert(0, HashSet::new());
        }

        self.hmhs.get_mut(&0).unwrap()
    }

    fn iter_for_hmhs<'a>(&'a mut self) -> impl Iterator<Item = &'a i64> {
        self.hs_for_hmhs().iter()
    }

    fn insert_for_hmhs(&mut self, i: i64) -> bool {
        self.hs_for_hmhs().insert(i)
    }
}

struct S {
    hmhs: RefCell<HashMap<i64, HashSet<i64>>>,
}

impl S {
    fn hs_for_hmhs(&self) -> &mut HashSet<i64> {
        if let None = self.hmhs.borrow().get(&0) {
            self.hmhs.borrow_mut().insert(0, HashSet::new());
        }

        self.hmhs.borrow_mut().get_mut(&0).unwrap()
    }

    fn iter_for_hmhs(&self) -> impl Iterator<Item = &i64> {
        self.hs_for_hmhs().iter()
    }

    fn insert_for_hmhs(&self, i: i64) -> bool {
        self.hs_for_hmhs().insert(i)
    }
}

fn main() {}

编译器信息：

error[E0597]: borrowed value does not live long enough
  --> src/main.rs:36:9
   |
36 |         self.hmhs.borrow_mut().get_mut(&0).unwrap()
   |         ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ temporary value does not live long enough
37 |     }
   |     - temporary value only lives until here
   |
note: borrowed value must be valid for the anonymous lifetime #1 defined on the method body at 31:5...
  --> src/main.rs:31:5
   |
31 | /     fn hs_for_hmhs(&self) -> &mut HashSet<i64> {
32 | |         if let None = self.hmhs.borrow().get(&0) {
33 | |             self.hmhs.borrow_mut().insert(0, HashSet::new());
34 | |         }
35 | |
36 | |         self.hmhs.borrow_mut().get_mut(&0).unwrap()
37 | |     }
   | |_____^

- Phil Lord

---

为什么需要可变地借用它？所有的方法都返回其内容的不可变引用？ - Peter Hall

哪个？HashMap和第二个borrow_mut调用。我不知道。如果我不这样做，它会投诉得更多。 - Phil Lord

啊，我没有注意到insert_for_hmhs调用了insert。 - Peter Hall

这是一个棘手的问题，我想知道你是否应该尝试不同的方法。例如，这个会帮你解决一半问题——提供了一个抽象的智能指针到 HashSet。但是很难返回该指针的迭代器。 - Peter Hall

很令人沮丧。实现正在暴露出来。我想我可以预先实例化HashMap（在这种情况下确实可能）。但那也很不幸。它真的应该是懒惰的。 - Phil Lord

Answer 1

我找到了一个解决方案——将HashMap提取为原始指针。这意味着我可以访问HashSet，而无需包含返回迭代器的花哨操作。

我对此解决方案感到满意。不安全代码很小且可控，并且如果我理解编译器在没有不安全代码的情况下发出警告的原因，则该代码不会出现问题，因为在构建后既未删除HashMap也未替换HashSet。

这需要付出很多努力。

use std::cell::RefCell;
use std::collections::{HashMap, HashSet};

struct R {
    hmhs: HashMap<i64, HashSet<i64>>,
}

impl R {
    fn hs_for_hmhs(&mut self) -> &mut HashSet<i64> {
        if let None = self.hmhs.get(&0) {
            self.hmhs.insert(0, HashSet::new());
        }

        self.hmhs.get_mut(&0).unwrap()
    }

    fn iter_for_hmhs<'a>(&'a mut self) -> impl Iterator<Item = &'a i64> {
        self.hs_for_hmhs().iter()
    }

    fn insert_for_hmhs(&mut self, i: i64) -> bool {
        self.hs_for_hmhs().insert(i)
    }
}

struct S {
    hmhs: RefCell<HashMap<i64, HashSet<i64>>>,
}

impl S {
    fn hs_as_ptr(&self) -> *mut HashMap<i64, HashSet<i64>> {
        self.hmhs.borrow_mut().entry(0).or_insert(HashSet::new());
        self.hmhs.as_ptr()
    }

    fn mut_hs_for_hmhs(&mut self) -> &mut HashSet<i64> {
        unsafe { (*self.hs_as_ptr()).get_mut(&0).unwrap() }
    }
    fn hs_for_hmhs(&self) -> &HashSet<i64> {
        unsafe { (*self.hs_as_ptr()).get(&0).unwrap() }
    }

    fn iter_for_hmhs<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = &'a i64> + 'a {
        self.hs_for_hmhs().iter()
    }

    fn insert_for_hmhs(&mut self, i: i64) -> bool {
        self.mut_hs_for_hmhs().insert(i)
    }
}

fn main() {
    let mut r = R {
        hmhs: HashMap::new(),
    };
    let mut s = S {
        hmhs: RefCell::new(HashMap::new()),
    };

    r.insert_for_hmhs(10);
    s.insert_for_hmhs(20);

    println!("r next: {:?}", r.iter_for_hmhs().next());
    println!("s next: {:?}", s.iter_for_hmhs().next());
}

https://play.rust-lang.org/?gist=3ed1977bdd5f9f82d144fe128f618979&version=stable&mode=debug&edition=2015

- Phil Lord