Краткий ответ

Ссылка с временем жизни 'long может быть неявно приведена к ссылке с временем жизни 'short, если 'long действительно охватывает весь период 'short. Это сужение времени жизни ссылки, а не изменение времени жизни исходного объекта. Обратное преобразование запрещено: после завершения 'short ссылка уже не гарантированно указывает на доступный объект.

Исторический контекст

В безопасных системных языках ссылки должны быть проверяемы без сборщика мусора и без ручного управления временем жизни. Одной проверки типов недостаточно: важно учитывать, как долго ссылка остаётся допустимой.

Модель вложенных времён жизни и их сравнение позволяют использовать одну ссылку в разных контекстах. Если ссылка гарантированно живёт дольше, её можно безопасно применять в операции, которая требует лишь более короткого периода доступа.

Постановка проблемы

Пусть функция должна использовать ссылку только внутри короткой внутренней области, а вызывающий код владеет ссылкой, действительной дольше этой области. Требование точного равенства времён жизни сделало бы такой вызов излишне ограничительным.

Однако разрешение обратного направления создало бы риск висячей ссылки: ссылка, действительная только в короткой области, могла бы попасть в контекст, где ожидается более длительное использование. Поэтому направление совместимости должно следовать отношению: более длинное время жизни может заменить более короткое, но не наоборот.

Подробное решение

В Rust время жизни участвует в отношении подтипов. Если 'long: 'short, то есть 'long полностью включает 'short, ссылка &'long T совместима с ожидаемым типом &'short T.

Это не означает, что объект или исходная ссылка уничтожаются раньше. Компилятор лишь рассматривает конкретное использование как ограниченное 'short; исходная гарантия 'long остаётся прежней.

fn consume<'short>(_: &'short str) {}

fn demo<'long>(text: &'long str) {
    consume(text);
}

В demo параметр text действителен в течение 'long, а consume может принять его с более коротким 'short. Для вызова достаточно, чтобы 'long покрывало 'short; требование равенства времён жизни отсутствует.

Обратное преобразование небезопасно. Если доступна только &'short T, нельзя объявить её как &'long T, поскольку после завершения 'short объект может быть уничтожен, а предполагаемая длинная ссылка продолжила бы существовать.

Для изменяемых ссылок направление по времени жизни также не переворачивается, но у &mut T есть дополнительное ограничение: эксклюзивный доступ нельзя свободно совмещать с другими заимствованиями. Кроме того, изменяемая ссылка инвариантна по типу T, поэтому совместимость времени жизни не означает полной взаимозаменяемости типов ссылок.

Ситуация из практики

В парсере буфер данных обычно живёт дольше, чем отдельный вызов функции, обрабатывающей один фрагмент. Функции обработки достаточно получить ссылку на фрагмент только на время своего выполнения; требовать от неё времени жизни всего буфера было бы лишним ограничением.

Возможны три подхода:

передавать владение строкой или копию фрагмента — это упрощает независимое хранение, но увеличивает расходы на память и копирование;
хранить ссылку с максимально длинным временем жизни во всех интерфейсах — это делает API жёстким и затрудняет композицию внутренних операций;
передавать более длинную ссылку в контекст, которому нужна короткая, позволяя компилятору сузить её использование.

Выбирают третий вариант, когда данные не должны переживать исходный буфер. Он сохраняет отсутствие копирования и одновременно позволяет компилятору проверить, что короткая ссылка не утечёт за допустимую область. Если результат должен храниться дольше буфера, одной совместимости времён жизни недостаточно — потребуется изменить владение данными или продлить фактическое время жизни объекта.

Что кандидаты часто упускают

Означает ли сужение времени жизни, что исходная ссылка становится недействительной раньше?

Нет. Сужается только время, на которое ссылка используется в конкретном контексте. Объект и исходная ссылка могут оставаться действительными дольше, если другие правила заимствования это допускают.
Можно ли считать более длинное время жизни числовым значением, которое просто больше короткого?

Нет. Времена жизни не являются числами и не сравниваются во время выполнения. Запись 'long: 'short означает логическое включение одной области допустимого использования в другую, а компилятор проверяет это по структуре программы и ограничениям заимствования.
Гарантирует ли совместимость времён жизни, что две ссылки можно использовать одновременно?

Нет. Она отвечает только на вопрос о длительности допустимого использования. Правила заимствования отдельно проверяют конфликт между изменяемыми и неизменяемыми ссылками, наличие эксклюзивного доступа и отсутствие использования после окончания соответствующей области.