【Rust】クロージャ（ラムダ）からメソッドを呼び出す処理は、Rubyなら簡単なのにRustではコンパイルエラーになってしまう

Question

Rubyなら簡単に動かせるコードがRustでは通らない

（エラーメッセージの読み方が間違っていたので修正しました。）

こんにちは。Rustでソフトウェアの開発を行なっています。

Rubyならラムダの中でさらに同インスタンスメソッドが呼び出し# (1)および代入# (2)ができます。

# Rubyならこう書けば実現できるが…
class Card
  def run(assignor)
    assignor[28]
  end
end

class App
  def assign(value)
    @value = value # (2)
  end
  def setup
    @value = 42
    @card = Card.new
  end
  def update
    @card.run(
      ->(value) { self.assign(value) } # (1)
    )
    puts @value # => 28と表示される
  end
end

def main
  app = App.new
  app.setup
  app.update
end

main

同様の動作をRustでも実現したい、しかし…

クロージャで同じように同オブジェクトのメソッドを呼び出そうと考えました。

しかしこれはうまくいきません。

// Rustではコンパイルエラーになる
#[derive(Default)]
pub struct Card;
impl Card {
    pub fn new() -> Self {
        Self
    }
    pub fn run<F>(&self, mut assignor: F)
    where
        F: FnMut(i32),
    {
        assignor(28);
    }
}

#[derive(Default)]
struct App {
    value: i32,
    card: Card,
}
impl App {
    fn assign(&mut self, value: i32) {
        self.value = value;
    }
    pub fn setup(&mut self) {
        self.value = 42;
        self.card = Card::new();
    }
    pub fn update(&mut self) {
        self.card.run(|value| {
            self.assign(value);
        });
        println!("{}", self.value);
    }
}

fn main() {
    let mut app = App::default();
    app.setup();
    app.update();
}

エラーメッセージ抜粋

error[E0500]: closure requires unique access to `*self` but it is already borrowed
  --> src/main.rs:29:23
   |
29 |           self.card.run(|value| {
   |           -         --- ^^^^^^^ closure construction occurs here
   |           |         |
   |  _________|         first borrow later used by call
   | |
30 | |             self.assign(value);
   | |             ---- second borrow occurs due to use of `*self` in closure
31 | |         });
   | |__________- borrow occurs here

Rustでは二重に借用できないルールがあるようで、コンパイルできませんでした。

Rubyの書き方が非常に便利なため可能であればこれを何とかして実現したいです。

もし解決方法をご存じの方いらっしゃれば、恐縮ですが教えていただけないでしょうか。

よろしくお願いいたします。

Answer 1

Rustでは二重に借用できないルールがあるようで、コンパイルできませんでした。

Rustではメモリー安全性を保証するために、可変の借用は他の借用（可変・不変を問わず）と同時に存在できません。一方、不変の参照は、他の不変の借用と同時に存在できます。

エラーメッセージが示しているとおり、self.cardの不変借用を使用中に、assignメソッドのためにself 全体 の可変借用を作ることはできません。なぜならself全体の可変借用にはself.cardの可変借用が含まれるからです。

self.cardの借用とself.valueの借用なら、お互いを含んでいませんので同時に存在できます。assignメソッドを使わず、以下のようにすればコンパイルエラーが解消します。

    pub fn update(&mut self) {
        // cardとvalueを、それぞれ借用する
        let (card, v) = (&self.card, &mut self.value);

        // 両方の借用を同時に使用する
        card.run(|value| {
            *v = value
        });

        println!("{}", self.value);
    }

追記

assignメソッドをなぜ使いたいかというと、本当はassignメソッド内でしている処理がもう少し複雑で、さらに今回のようなクロージャ内での処理が何度か似たような形で存在し、assignメソッドにまとめることでDRYにしたかったからです。
...
他に代替案などあれば幸いです。

CellやRefCellなどの、内部可変性（interior mutability）を実現するコンテナーを使う方法があります。

valueの型をi32からstd::cell::Cell<i32>型へ変えることで、valueの不変借用を通じてCell内の値を変更できるようになります。selfの可変借用が不要になりますので、assignメソッドの引数を(&mut self, value: i32)から(&self, value: i32)へ変更できます。不変借用は同時に複数存在できますので、コンパイルエラーを解消できます。

use std::cell::Cell;

#[derive(Default)]
struct App {
    // Cell<i32>に変更
    value: Cell<i32>,
    card: Card,
}

impl App {
    // &mut self → &selfに変更
    fn assign(&self, value: i32) {
        // Cellのsetメソッドを使用する
        self.value.set(value);
    }

    pub fn setup(&mut self) {
        self.value.set(42);
        self.card = Card::new();
    }

    pub fn update(&mut self) {
        self.card.run(|value| {
            self.assign(value);
        });

        // Cellのgetメソッドを使用する
        println!("{}", self.value.get());
    }
}

Cellはgetのたびに値をコピーします。そのためgetメソッドはi32のようなCopyトレイトを実装した型でのみ利用可能です。なお、Copyトレイトを実装しない型についてはRefCellが使用できます。どちらのコンテナーも、実行時に性能上のオーバーヘッドが多少あります。

内部可変性について、詳しくは こちら を参照してください。

Comments

[akira_kano1101]

tatsuya6502様
回答ありがとうございます。

申し訳ありません、私の記載不足でした。
おっしゃる通り、クロージャ内でメソッドを使わなければ代入することが可能だということは私も試行錯誤して気づいていました。

`assign`メソッドをなぜ使いたいかというと、本当は`assign`メソッド内でしている処理がもう少し複雑で、さらに今回のようなクロージャ内での処理が何度か似たような形で存在し、`assign`メソッドにまとめることでDRYにしたかったからです。

あえてメソッドを用いて代入を担わせていたのはそういう理由です。

他に代替案などあれば幸いです。

[tatsuya6502]

そうだったんですね。Cellを使った方法を解答に追記しました。

[akira_kano1101]

こういう答えを求めていました。

非常に助かりました。ありがとうございます。