与 Vec 相比，为什么 SmallVec 在存储具有生命周期的类型时具有不同的行为？

Question

我有三个示例，一个使用 Vec，一个使用 SmallVec，另一个使用我自己实现的 SmallVec。使用 Vec 和我自己的 SmallVec 编译但使用真正 SmallVec 的不编译。

使用 Vec

的工作示例

use std::borrow::Cow;
use std::collections::HashMap;

pub trait MyTrait {
    fn get_by_id(&self, id: usize) -> &ItemTraitReturns;
}

/// IMPORTANT PART IS HERE: `Vec<Cow<'a, str>>`
pub struct ItemTraitReturns<'a>(Vec<Cow<'a, str>>);

/// this implementation only takes items with static lifetime (but other implementations also might have different lifetimes)
pub struct MyTraitStruct {
    map: HashMap<usize, ItemTraitReturns<'static>>,
}

impl MyTrait for MyTraitStruct {
    fn get_by_id(&self, id: usize) -> &ItemTraitReturns {
        let temp: &ItemTraitReturns<'static> = self.map.get(&id).unwrap();
        // Works as expected: I expect that I can return `&ItemTraitReturns<'_>`
        // when I have `&ItemTraitReturns<'static>` (since 'static outlives everything).
        temp
        // Will return `&ItemTraitReturns<'_>`
    }
}

SmallVec 的失败示例

使用 SmallVec 而不是 Vec，没有其他更改。

use smallvec::SmallVec;
use std::borrow::Cow;
use std::collections::HashMap;

pub trait MyTrait {
    fn get_by_id(&self, id: usize) -> &ItemTraitReturns;
}

/// IMPORTANT PART IS HERE: Uses SmallVec instead of Vec
pub struct ItemTraitReturns<'a>(SmallVec<[Cow<'a, str>; 2]>);

/// this implementation only takes items with static lifetime (but other implementations also might have different lifetimes)
pub struct MyTraitStruct {
    map: HashMap<usize, ItemTraitReturns<'static>>,
}

impl MyTrait for MyTraitStruct {
    fn get_by_id(&self, id: usize) -> &ItemTraitReturns {
        let temp: &ItemTraitReturns<'static> = self.map.get(&id).unwrap();
        temp
    }
}

error[E0308]: mismatched types
  --> src/lib.rs:23:9
   |
23 |         temp
   |         ^^^^ lifetime mismatch
   |
   = note: expected type `&ItemTraitReturns<'_>`
              found type `&ItemTraitReturns<'static>`
note: the anonymous lifetime #1 defined on the method body at 18:5...
  --> src/lib.rs:18:5
   |
18 | /     fn get_by_id(&self, id: usize) -> &ItemTraitReturns {
19 | |         let temp: &ItemTraitReturns<'static> = self.map.get(&id).unwrap();
20 | |         // Error:
21 | |         //    = note: expected type `&demo2::ItemTraitReturns<'_>`
22 | |         //              found type `&demo2::ItemTraitReturns<'static>`
23 | |         temp
24 | |     }
   | |_____^
   = note: ...does not necessarily outlive the static lifetime

我自己的工作示例SmallVec

当我实现自己的（非常幼稚）SmallVec<[T; 2]>（称为NaiveSmallVec2<T>）时，代码也会编译...很奇怪！

use std::borrow::Cow;
use std::collections::HashMap;

/// This is a very naive implementation of a SmallVec<[T; 2]>
pub struct NaiveSmallVec2<T> {
    item1: Option<T>,
    item2: Option<T>,
    more: Vec<T>,
}

impl<T> NaiveSmallVec2<T> {
    pub fn push(&mut self, item: T) {
        if self.item1.is_none() {
            self.item1 = Some(item);
        } else if self.item2.is_none() {
            self.item2 = Some(item);
        } else {
            self.more.push(item);
        }
    }

    pub fn element_by_index(&self, index: usize) -> Option<&T> {
        match index {
            0 => self.item1.as_ref(),
            1 => self.item2.as_ref(),
            _ => self.more.get(index - 2),
        }
    }
}

pub trait MyTrait {
    fn get_by_id(&self, id: usize) -> &ItemTraitReturns;
}

/// IMPORTANT PART IS HERE: Uses NaiveSmallVec2
pub struct ItemTraitReturns<'a>(NaiveSmallVec2<Cow<'a, str>>);

/// only takes items with static lifetime
pub struct MyTraitStruct {
    map: HashMap<usize, ItemTraitReturns<'static>>,
}

impl MyTrait for MyTraitStruct {
    fn get_by_id(&self, id: usize) -> &ItemTraitReturns {
        let temp: &ItemTraitReturns<'static> = self.map.get(&id).unwrap();
        // astonishingly this works!
        temp
    }
}

---

我希望 SmallVec 版本像 Vec 版本那样编译。我不明白为什么在某些情况下（在 Vec 的情况下）&ItemTraitReturns<'static> 可以转换为 &ItemTraitReturns<'_> 而在某些情况下（SmallVec）这是不可能的（我看不到 Vec / SmallVec 的影响）。

我不想改变这个特征的生命周期：

pub trait MyTrait {
    fn get_by_id(&self, id: usize) -> &ItemTraitReturns;
}

...因为在使用特征时我不关心生命周期（这应该是一个实现细节）...但仍然想使用 SmallVec.

Answer 1

这种差异似乎是由 Vec 和 SmallVec 之间的 方差 差异引起的。虽然 Vec<T> 在 T 中是 协变的 ，但 SmallVec 似乎是 不变的 。因此，即使生命周期 'a 超过 'b 并且转换应该是安全的，SmallVec<[&'a T; 1]> 也无法转换为 SmallVec<[&'b T; 1]>。这是触发编译器错误的最小示例：

fn foo<'a, T>(x: SmallVec<[&'static T; 1]>) -> SmallVec<[&'a T; 1]> {
    x  // Compiler error here: lifetime mismatch
}

fn bar<'a, T>(x: Vec<&'static T>) -> Vec<&'a T> {
    x  // Compiles fine
}

这似乎是 SmallVec 的缺点。变体由编译器自动确定，有时很难说服编译器假定类型是协变的是安全的。

有个open Github issue for this problem.

不幸的是，我不知道有什么方法可以根据 public 接口来计算类型的变化。差异不包含在文档中，并且取决于类型的私有实现细节。您可以阅读有关方差的更多信息 in the language reference or in the Nomicon.