Краткий ответ

В сигнатуре функции Rust может вывести время жизни по специальным правилам elision: параметры и возвращаемое значение образуют известный контекст связи. Обычный псевдоним типа такого контекста не имеет, поэтому запись со ссылкой без явно указанного времени жизни неоднозначна и отклоняется компилятором.

Псевдоним, содержащий ссылку, должен объявить параметр времени жизни и передать его в тип ссылки. Elision упрощает запись функций, но не заменяет проектирование связей между временем жизни в переиспользуемом типе.

Исторический контекст

Rust проверяет корректность заимствований статически, без необходимости сборщика мусора для обычных ссылок. Чтобы описывать связи между входными и выходными ссылками, язык использует параметры времени жизни.

При этом явная запись времени жизни в каждой функции сделала бы простой код слишком многословным. Поэтому для распространённых случаев появились правила lifetime elision: компилятор может вывести пропущенные параметры по структуре сигнатуры функции.

Псевдонимы типов решают другую задачу: они объявляют переиспользуемое описание типа, а не отношение между аргументами и результатом вызова. Автоматически выбирать для такого описания конкретную связь было бы неоднозначно.

Постановка проблемы

Рассмотрим тип, обозначающий срез байтов. Если записать в его определении ссылку без явного времени жизни, непонятно, какое именно время жизни должен иметь каждый экземпляр этого псевдонима.

Оно может зависеть от локальной переменной, поля структуры, аргумента функции или другого типа. В отличие от функции, у объявления псевдонима нет параметров и результата, по которым можно было бы однозначно вывести эту связь.

Если бы Rust молча выбирал произвольное время жизни, это могло бы либо необоснованно ограничить использование типа, либо создать неверное представление о допустимом сроке заимствования. Поэтому компилятор требует явно выразить параметр.

Подробное решение

В функции elision действует в основном так: каждое пропущенное время жизни входной ссылки получает собственный параметр, а если входная ссылка одна, её время жизни связывается с возвращаемой ссылкой. Для методов дополнительно учитывается ссылка на self.

У псевдонима типа нет подобных правил связывания. Нужно объявить параметр времени жизни у самого псевдонима и использовать его в ссылочном типе:

type Bytes<'a> = &'a [u8];

fn view(data: &[u8]) -> Bytes<'_> {
    data
}

fn main() {
    let data = vec![1, 2, 3];
    let part: Bytes<'_> = view(&data);
    assert_eq!(part.len(), 3);
}

Здесь Bytes<'a> не владеет срезом и не продлевает жизнь массива data. Он только переносит в имя типа уже существующую связь: ссылка в Bytes<'a> действительна не дольше 'a.

Псевдоним не создаёт новый тип. Bytes<'a> эквивалентен ссылке &'a [u8], поэтому к нему применяются те же правила заимствования, совместимости и проверки времени жизни.

Компромисс таков: явный параметр делает объявление длиннее, зато API однозначно показывает, от какого заимствования зависит значение. Если тип вообще не должен заимствовать данные, альтернативой может быть владеющий тип, например Vec<u8>, но он обычно требует отдельного владения или копирования.

Ситуация из практики

В библиотеке нужно вернуть представление буфера без копирования и использовать это представление в нескольких функциях. Возможны два варианта: определить собственный владеющий контейнер или сделать псевдоним для ссылки на срез.

Владеющий контейнер упрощает управление временем жизни, но может увеличить потребление памяти и стоимость копирования. Псевдоним ссылки не копирует данные, однако требует явно передавать время жизни и не позволяет результату пережить исходный буфер.

Рациональным решением для краткоживущего представления становится параметризованный псевдоним Bytes<'a>. Он сохраняет отсутствие копирования, а компилятор проверяет, что каждый экземпляр используется только пока доступен исходный буфер.

Что кандидаты часто упускают

Дополнительный вопрос: означает ли параметр времени жизни у псевдонима, что псевдоним владеет ссылкой или данными?

Нет. Параметр времени жизни описывает ограничение на действительность заимствованной ссылки, но не меняет модель владения. Bytes<'a> остаётся обычной ссылкой: уничтожение псевдонима не освобождает буфер, а уничтожение буфера делает дальнейшее использование ссылки недопустимым.

Дополнительный вопрос: можно ли сделать один псевдоним, который будет работать как с заимствованными, так и с владеющими данными?

Один псевдоним ссылки описывает только заимствованный вариант. Для владеющих данных нужен другой тип, например Vec<u8> или перечисление, явно содержащее разные варианты. Псевдоним не является суммой типов и не скрывает различия между владением и заимствованием.

Дополнительный вопрос: почему использование заполнителя времени жизни при применении псевдонима не устраняет параметр из его объявления?

Заполнитель вроде '_ может позволить компилятору вывести конкретное время жизни в месте использования, но сам псевдоним всё равно должен иметь корректно объявленную параметризацию, если его определение содержит ссылку. Вывод в точке применения не заменяет описание того, какую связь представляет сам псевдоним.