?演算子を使うと可変借用が帰ってこない

Question

意味の無いコードですがこんな感じの問題で困っています

struct Element{
    element:i32
}
impl Element{
    pub fn set(&mut self,num:i32)->Result<(),&str>{
        if num=0 {return Err("えらー")}
        self.element=num;
        Ok(())
    }
}

struct Field{
    field:[Element;10]
}
impl Field{
    pub fn func(&mut self)->Result<(),&str>{
        self.field[0].set(0)?;//この処理が終わったら可変借用は返ってくるはずでは？
        self.field[0].set(1)?;//second mutable borrow occurs here
        Ok(())
    }
}

?演算子を使わなければエラーが出ないので、?演算子を使うことで借用期間が延長されてしまっているのだと思いますがなぜそんなことが起きるのか分かりません。

Answer 1

この事象を理解するためには、ライフタイム省略規則について知っておく必要があります．

詳細は The Rust Programming Language 日本語版 10.3 ライフタイムで参照を検証する の「ライフタイム省略」をご自身で読んで確認していただきたいですが、重要な部分だけ引用します．

最初の規則は、参照である各引数は、独自のライフタイム引数を得るというものです。換言すれば、 1引数の関数は、1つのライフタイム引数を得るということです: fn foo<'a>(x: &'a i32); 2つ引数のある関数は、2つの個別のライフタイム引数を得ます: fn foo<'a, 'b>(x: &'a i32, y: &'b i32); 以下同様。

2番目の規則は、1つだけ入力ライフタイム引数があるなら、そのライフタイムが全ての出力ライフタイム引数に代入されるというものです: fn foo<'a>(x: &'a i32) -> &'a i32。

3番目の規則は、複数の入力ライフタイム引数があるけれども、メソッドなのでそのうちの一つが&selfや&mut selfだったら、 selfのライフタイムが全出力ライフタイム引数に代入されるというものです。 この3番目の規則により、必要なシンボルの数が減るので、メソッドが遥かに読み書きしやすくなります。

今回の例で言えば、set関数は、1番目の規則によって以下のようになり、

pub fn set<'a>(&'a mut self, num: i32)-> Result<(), &str> {}

さらに2番目の規則によって、以下のようなライフタイムを持った関数だと解釈されます．

pub fn set<'a>(&'a mut self, num: i32)-> Result<(), &'a str> {}

func関数も同様に考えてみましょう．一旦疑似コードで表してみます．

// 疑似コードなのでコンパイルできません
pub fn func<'a>(&'a mut self) -> Result<(), &'a str> {
    Element::set::<'b>(&'b mut self.field[0], 0)?;
    Element::set::<'c>(&'c mut self.field[0], 1)?;
    Ok(())
}

ここで、&mut selfの制約からは、'b,'cは'aより決して長くならないことが言えます．逆に、&strの制約からは、'b,'cが'aより長くなる必要があることが言えます．そしてこれらを合わせると'a='b='cとなります．しかしこれでは、同じライフタイムを持った可変参照が同時に存在するので、借用規則に反しておりコンパイルエラーになるというわけです．

根本的な原因は、返り値のライフタイムが不当に狭くなっていることなので、今回であれば以下のようにライフタイムを'staticにすれば、コンパイルエラーは解消します．

struct Element {
    element: i32,
}
impl Element {
    pub fn set(&mut self, num: i32) -> Result<(), &'static str> {
        if num == 0 {
            return Err("えらー");
        }
        self.element = num;
        Ok(())
    }
}

struct Field {
    field: [Element; 10],
}
impl Field {
    pub fn func(&mut self) -> Result<(), &'static str> {
        self.field[0].set(1)?;
        self.field[0].set(1)?;
        Ok(())
    }
}

'staticにできない場合は、おとなしくStringを返した方が楽だと思います（特に初心者のうちは）．

?演算子を使わなければエラーが出ない

おそらくこれは勘違いじゃないかなと．

Comments

[tatsuya6502]

横から失礼します。「?演算子を使わなければエラーが出ない」件ですが、func関数の1行目を以下のようにunwrap()で書き換えることを言っているのかもしれません。

self.field[0].set(0).unwrap();

こう書いた場合は、疑似コードにあるset関数呼び出し時の'bと、func関数戻り値の'aが無関係になりますので、&mut selfの借用期間が短くなりエラーが出なくなるはずです。