有没有同学记得我们一起挖了多少个坑?嗯…其实我自己也不记得了,今天我们再来挖一个特殊的坑,这个坑可以说是挖到根源了——元编程。

元编程是编程领域的一个重要概念,它允许程序将代码作为数据,在运行时对代码进行修改或替换。如果你熟悉Java,此时是不是想到了Java的反射机制?没错,它就是属于元编程的一种。

<>反射

Rust也同样支持反射,Rust的反射是由标准库中的std::any::Any包支持的。

这个包中提供了以下几个方法

TypeId是Rust中的一种类型,它被用来表示某个类型的唯一标识。type_id(&self)这个方法返回变量的TypeId。

is()方法则用来判断某个函数的类型。

可以看一下它的源码实现
pub fn is<T: Any>(&self) -> bool { let t = TypeId::of::<T>(); let concrete =
self.type_id(); t == concrete }
可以看到它的实现非常简单,就是对比TypeId。

downcast_ref()和downcast_mut()是一对用于将泛型T转换为具体类型的方法。其返回的类型是Option<&T>和Option<&mut
T>,也就是说downcast_ref()将类型T转换为不可变引用,而downcast_mut()将T转换为可变引用。

最后我们通过一个例子来看一下这几个函数的具体使用方法。
use std::any::{Any, TypeId}; fn main() { let v1 = "Jackey"; let mut a: &Any; a
= &v1; println!("{:?}", a.type_id()); assert!(a.is::<&str>()); print_any(&v1);
let v2: u32 = 33; print_any(&v2); } fn print_any(any: &Any) { if let Some(v) =
any.downcast_ref::<u32>() { println!("u32 {:x}", v); } else if let Some(v) =
any.downcast_ref::<&str>() { println!("str {:?}", v); } else {
println!("else"); } }
<>宏

Rust的反射机制提供的功能比较有限,但是Rust还提供了宏来支持元编程。

到目前为止,宏对我们来说是一个既熟悉又陌生的概念,熟悉是因为我们一直在使用println!宏,陌生则是因为我们从没有详细介绍过它。

对于println!宏,我们直观上的使用感受是它和函数差不多。但两者之间还是有一定的区别的。

我们知道对于函数,它接收参数的个数是固定的,并且在函数定义时就已经固定了。而宏接收的参数个数则是不固定的。

这里我们说的宏都是类似函数的宏,此外,Rust还有一种宏是类似于属性的宏。它有点类似于Java中的注解,通常作为一种标记写在函数名上方。
#[route(GET, "/")] fn index() {
route在这里是用来指定接口方法的,对于这个服务来讲,根路径的GET请求都被路由到这个index函数上。这样的宏是通过属于过程宏,它的定义使用了
#[proc_macro_attribute]注解。而函数类似的过程宏在定义时使用的注解是#[proc_macro]。

除了过程宏以外,宏的另一大分类叫做声明宏。声明宏是通过macro_rules!来声明定义的宏,它比过程宏的应用要更加广泛。我们曾经接触过的vec!
就是声明宏的一种。它的定义如下:
#[macro_export] macro_rules! vec { ( $( $x:expr ),* ) => { { let mut temp_vec
= Vec::new(); $( temp_vec.push($x); )* temp_vec } }; }
下面我们来定义一个属于自己的宏。

自定义宏需要使用derive注解。(例子来自the book)

我们先来创建一个叫做hello_macro的lib库,只定义一个trait。
pub trait HelloMacro { fn hello_macro(); }
接着再创建一个子目录hello_macro_derive,在hello_macro_derive/Cargo.toml文件中添加依赖
[lib] proc-macro = true [dependencies] syn = "0.14.4" quote = "0.6.3"
然后就可以在hello_macro_derive/lib.rs文件中定义我们自定义宏的功能实现了。
extern crate proc_macro; use crate::proc_macro::TokenStream; use quote::quote;
use syn; #[proc_macro_derive(HelloMacro)] pub fn hello_macro_derive(input:
TokenStream) -> TokenStream { // Construct a representation of Rust code as a
syntax tree // that we can manipulate let ast = syn::parse(input).unwrap(); //
Build the trait implementation impl_hello_macro(&ast) } fn
impl_hello_macro(ast: &syn::DeriveInput) -> TokenStream { let name =
&ast.ident; let gen = quote! { impl HelloMacro for #name { fn hello_macro() {
println!("Hello, Macro! My name is {}", stringify!(#name)); } } }; gen.into() }
这里使用了两个crate:syn和quote,其中syn是把Rust代码转换成一种特殊的可操作的数据结构,而quote的作用则与它刚好相反。

可以看到,我们自定义宏使用的注解是#[proc_macro_derive(HelloMacro)]
,其中HelloMacro是宏的名称,在使用时,我们只需要使用注解#[derive(HelloMacro)]即可。

在使用时我们应该先引入这两个依赖
hello_macro = { path = "../hello_macro" } hello_macro_derive = { path =
"../hello_macro/hello_macro_derive" }
然后再来使用
use hello_macro::HelloMacro; use hello_macro_derive::HelloMacro;
#[derive(HelloMacro)] struct Pancakes; fn main() { Pancakes::hello_macro(); }
运行结果显示,我们能够成功在实现中捕获到结构体的名字。

<>总结

我们在本文中先后介绍了Rust的两种元编程:反射和宏。其中反射提供的功能能力较弱,但是宏提供的功能非常强大。我们所介绍的宏的相关知识其实只是皮毛,要想真正理解宏,还需要花更多的时间学习。

技术
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