Macro 宏编程

在编程世界可以说是谈“宏”色变,原因在于 C 语言中的宏是非常危险的东东,但并不是所有语言都像 C 这样,例如对于古老的语言 Lisp 来说,宏就是就是一个非常强大的好帮手。

那话说回来,在 Rust 中宏到底是好是坏呢?本章将带你揭开它的神秘面纱。

事实上,我们虽然没有见过宏,但是已经多次用过它,例如在全书的第一个例子中就用到了:println!("你好,世界"),这里 println! 就是一个最常用的宏,可以看到它和函数最大的区别是:它在调用时多了一个 !,除此之外还有 vec!assert_eq! 都是相当常用的,可以说宏在 Rust 中无处不在

细心的读者可能会注意到 println! 后面跟着的是 (),而 vec! 后面跟着的是 [],这是因为宏的参数可以使用 ()[] 以及 {}:

fn main() {
    println!("aaaa");
    println!["aaaa"];
    println!{"aaaa"}
}

虽然三种使用形式皆可,但是 Rust 内置的宏都有自己约定俗成的使用方式,例如 vec![...]assert_eq!(...) 等。

在 Rust 中宏分为两大类:声明式宏( declarative macros ) macro_rules! 和三种过程宏( procedural macros ):

  • #[derive],在之前多次见到的派生宏,可以为目标结构体或枚举派生指定的代码,例如 Debug 特征
  • 类属性宏(Attribute-like macro),用于为目标添加自定义的属性
  • 类函数宏(Function-like macro),看上去就像是函数调用

如果感觉难以理解,也不必担心,接下来我们将逐个看看它们的庐山真面目,在此之前,先来看下为何需要宏,特别是 Rust 的函数明明已经很强大了。

宏和函数的区别

宏和函数的区别并不少,而且对于宏擅长的领域,函数其实是有些无能为力的。

元编程

从根本上来说,宏是通过一种代码来生成另一种代码,如果大家熟悉元编程,就会发现两者的共同点。

附录 D中讲到的 derive 属性,就会自动为结构体派生出相应特征所需的代码,例如 #[derive(Debug)],还有熟悉的 println!vec!,所有的这些宏都会展开成相应的代码,且很可能是长得多的代码。

总之,元编程可以帮我们减少所需编写的代码,也可以一定程度上减少维护的成本,虽然函数复用也有类似的作用,但是宏依然拥有自己独特的优势。

可变参数

Rust 的函数签名是固定的:定义了两个参数,就必须传入两个参数,多一个少一个都不行,对于从 JS/TS 过来的同学,这一点其实是有些恼人的。

而宏就可以拥有可变数量的参数,例如可以调用一个参数的 println!("hello"),也可以调用两个参数的 println!("hello {}", name)

宏展开

由于宏会被展开成其它代码,且这个展开过程是发生在编译器对代码进行解释之前。因此,宏可以为指定的类型实现某个特征:先将宏展开成实现特征的代码后,再被编译。

而函数就做不到这一点,因为它直到运行时才能被调用,而特征需要在编译期被实现。

宏的缺点

相对函数来说,由于宏是基于代码再展开成代码,因此实现相比函数来说会更加复杂,再加上宏的语法更为复杂,最终导致定义宏的代码相当地难读,也难以理解和维护。

声明式宏 macro_rules!

在 Rust 中使用最广的就是声明式宏,它们也有一些其它的称呼,例如示例宏( macros by example )、macro_rules! 或干脆直接称呼为

声明式宏允许我们写出类似 match 的代码。match 表达式是一个控制结构,其接收一个表达式,然后将表达式的结果与多个模式进行匹配,一旦匹配了某个模式,则该模式相关联的代码将被执行:

#![allow(unused)]
fn main() {
match target {
    模式1 => 表达式1,
    模式2 => {
        语句1;
        语句2;
        表达式2
    },
    _ => 表达式3
}
}

宏也是将一个值跟对应的模式进行匹配,且该模式会与特定的代码相关联。但是与 match 不同的是,宏里的值是一段 Rust 源代码(字面量),模式用于跟这段源代码的结构相比较,一旦匹配,传入宏的那段源代码将被模式关联的代码所替换,最终实现宏展开。值得注意的是,所有的这些都是在编译期发生,并没有运行期的性能损耗

简化版的 vec!

动态数组 Vector 章节中,我们学习了使用 vec! 来便捷的初始化一个动态数组:

#![allow(unused)]
fn main() {
let v: Vec<u32> = vec![1, 2, 3];
}

最重要的是,通过 vec! 创建的动态数组支持任何元素类型,也并没有限制数组的长度,如果使用函数,我们是无法做到这一点的。

好在我们有 macro_rules!,来看看该如何使用它来实现 vec!,以下是一个简化实现:

#![allow(unused)]
fn main() {
#[macro_export]
macro_rules! vec {
    ( $( $x:expr ),* ) => {
        {
            let mut temp_vec = Vec::new();
            $(
                temp_vec.push($x);
            )*
            temp_vec
        }
    };
}
}

简化实现版本?这也太难了吧!!只能说,欢迎来到宏的世界,在这里你能见到优雅 Rust 的另一面:) 标准库中的 vec! 还包含了预分配内存空间的代码,如果引入进来,那大家将更难以接受。

#[macro_export] 注释将宏进行了导出,这样其它的包就可以将该宏引入到当前作用域中,然后才能使用。可能有同学会提问:我们在使用标准库 vec! 时也没有引入宏啊,那是因为 Rust 已经通过 std::prelude 的方式为我们自动引入了。

紧接着,就使用 macro_rules! 进行了宏定义,需要注意的是宏的名称是 vec,而不是 vec!,后者的感叹号只在调用时才需要。

vec 的定义结构跟 match 表达式很像,但这里我们只有一个分支,其中包含一个模式 ( $( $x:expr ),* ),跟模式相关联的代码就在 => 之后。一旦模式成功匹配,那这段相关联的代码就会替换传入的源代码。

由于 vec 宏只有一个模式,因此它只能匹配一种源代码,其它类型的都将导致报错,而更复杂的宏往往会拥有更多的分支。

虽然宏和 match 都称之为模式,但是前者跟后者的模式规则是不同的。如果大家想要更深入的了解宏的模式,可以查看这里

模式解析

而现在,我们先来简单讲解下 ( $( $x:expr ),* ) 的含义。

首先,我们使用圆括号 () 将整个宏模式包裹其中。紧随其后的是 $(),跟括号中模式相匹配的值(传入的 Rust 源代码)会被捕获,然后用于代码替换。在这里,模式 $x:expr 会匹配任何 Rust 表达式并给予该模式一个名称:$x

$() 之后的逗号说明在 $() 所匹配的代码的后面会有一个可选的逗号分隔符,紧随逗号之后的 * 说明 * 之前的模式会被匹配零次或任意多次(类似正则表达式)。

当我们使用 vec![1, 2, 3] 来调用该宏时,$x 模式将被匹配三次,分别是 123。为了帮助大家巩固,我们再来一起过一下:

  1. $() 中包含的是模式 $x:expr,该模式中的 expr 表示会匹配任何 Rust 表达式,并给予该模式一个名称 $x
  2. 因此 $x 模式可以跟整数 1 进行匹配,也可以跟字符串 "hello" 进行匹配: vec!["hello", "world"]
  3. $() 之后的逗号,意味着12 之间可以使用逗号进行分割,也意味着 3 既可以没有逗号,也可以有逗号:vec![1, 2, 3,]
  4. * 说明之前的模式可以出现零次也可以任意次,这里出现了三次

接下来,我们再来看看与模式相关联、在 => 之后的代码:

#![allow(unused)]
fn main() {
{
    {
        let mut temp_vec = Vec::new();
        $(
            temp_vec.push($x);
        )*
        temp_vec
    }
};
}

这里就比较好理解了,$() 中的 temp_vec.push() 将根据模式匹配的次数生成对应的代码,当调用 vec![1, 2, 3] 时,下面这段生成的代码将替代传入的源代码,也就是替代 vec![1, 2, 3] :

#![allow(unused)]
fn main() {
{
    let mut temp_vec = Vec::new();
    temp_vec.push(1);
    temp_vec.push(2);
    temp_vec.push(3);
    temp_vec
}
}

如果是 let v = vec![1, 2, 3],那生成的代码最后返回的值 temp_vec 将被赋予给变量 v,等同于 :

#![allow(unused)]
fn main() {
let v = {
    let mut temp_vec = Vec::new();
    temp_vec.push(1);
    temp_vec.push(2);
    temp_vec.push(3);
    temp_vec
}
}

至此,我们定义了一个宏,它可以接受任意类型和数量的参数,并且理解了其语法的含义。

未来将被替代的 macro_rules

对于 macro_rules 来说,它是存在一些问题的,因此,Rust 计划在未来使用新的声明式宏来替换它:工作方式类似,但是解决了目前存在的一些问题,在那之后,macro_rules 将变为 deprecated 状态。

由于绝大多数 Rust 开发者都是宏的用户而不是编写者,因此在这里我们不会对 macro_rules 进行更深入的学习,如果大家感兴趣,可以看看这本书 “The Little Book of Rust Macros”

用过程宏为属性标记生成代码

第二种常用的宏就是过程宏 ( procedural macros ),从形式上来看,过程宏跟函数较为相像,但过程宏是使用源代码作为输入参数,基于代码进行一系列操作后,再输出一段全新的代码。注意,过程宏中的 derive 宏输出的代码并不会替换之前的代码,这一点与声明宏有很大的不同!

至于前文提到的过程宏的三种类型(自定义 derive、属性宏、函数宏),它们的工作方式都是类似的。

创建过程宏时,它的定义必须要放入一个独立的包中,且包的类型也是特殊的,这么做的原因相当复杂,大家只要知道这种限制在未来可能会有所改变即可。

事实上,根据这个说法,过程宏放入独立包的原因在于它必须先被编译后才能使用,如果过程宏和使用它的代码在一个包,就必须先单独对过程宏的代码进行编译,然后再对我们的代码进行编译,但悲剧的是 Rust 的编译单元是包,因此你无法做到这一点。

假设我们要创建一个 derive 类型的过程宏:

#![allow(unused)]
fn main() {
use proc_macro;

#[proc_macro_derive(HelloMacro)]
pub fn some_name(input: TokenStream) -> TokenStream {
}
}

用于定义过程宏的函数 some_name 使用 TokenStream 作为输入参数,并且返回的也是同一个类型。TokenStream 是在 proc_macro 包中定义的,顾名思义,它代表了一个 Token 序列。

在理解了过程宏的基本定义后,我们再来看看该如何创建三种类型的过程宏,首先,从大家最熟悉的 derive 开始。

自定义 derive 过程宏

假设我们有一个特征 HelloMacro,现在有两种方式让用户使用它:

  • 为每个类型手动实现该特征,就像之前特征章节所做的
  • 使用过程宏来统一实现该特征,这样用户只需要对类型进行标记即可:#[derive(HelloMacro)]

以上两种方式并没有孰优孰劣,主要在于不同的类型是否可以使用同样的默认特征实现,如果可以,那过程宏的方式可以帮我们减少很多代码实现:

use hello_macro::HelloMacro;
use hello_macro_derive::HelloMacro;

#[derive(HelloMacro)]
struct Sunfei;

#[derive(HelloMacro)]
struct Sunface;

fn main() {
    Sunfei::hello_macro();
    Sunface::hello_macro();
}

简单吗?简单!不过为了实现这段代码展示的功能,我们还需要创建相应的过程宏才行。 首先,创建一个新的工程用于演示:

$ cargo new hello_macro
$ cd hello_macro/
$ touch src/lib.rs

此时,src 目录下包含两个文件 lib.rsmain.rs,前者是 lib 包根,后者是二进制包根,如果大家对包根不熟悉,可以看看这里

接下来,先在 src/lib.rs 中定义过程宏所需的 HelloMacro 特征和其关联函数:

#![allow(unused)]
fn main() {
pub trait HelloMacro {
    fn hello_macro();
}
}

然后在 src/main.rs 中编写主体代码,首先映入大家脑海的可能会是如下实现:

use hello_macro::HelloMacro;

struct Sunfei;

impl HelloMacro for Sunfei {
    fn hello_macro() {
        println!("Hello, Macro! My name is Sunfei!");
    }
}

struct Sunface;

impl HelloMacro for Sunface {
    fn hello_macro() {
        println!("Hello, Macro! My name is Sunface!");
    }
}

fn main() {
    Sunfei::hello_macro();
}

但是这种方式有个问题,如果想要实现不同的招呼内容,就需要为每一个类型都实现一次相应的特征,Rust 不支持反射,因此我们无法在运行时获得类型名。

使用宏,就不存在这个问题:

use hello_macro::HelloMacro;
use hello_macro_derive::HelloMacro;

#[derive(HelloMacro)]
struct Sunfei;

#[derive(HelloMacro)]
struct Sunface;

fn main() {
    Sunfei::hello_macro();
    Sunface::hello_macro();
}

简单明了的代码总是令人愉快,为了让代码运行起来,还需要定义下过程宏。就如前文提到的,目前只能在单独的包中定义过程宏,尽管未来这种限制会被取消,但是现在我们还得遵循这个规则。

宏所在的包名自然也有要求,必须以 derive 为后缀,对于 hello_macro 宏而言,包名就应该是 hello_macro_derive。在之前创建的 hello_macro 项目根目录下,运行如下命令,创建一个单独的 lib 包:

#![allow(unused)]
fn main() {
cargo new hello_macro_derive --lib
}

至此, hello_macro 项目的目录结构如下:

hello_macro
├── Cargo.toml
├── src
│   ├── main.rs
│   └── lib.rs
└── hello_macro_derive
    ├── Cargo.toml
    ├── src
        └── lib.rs

由于过程宏所在的包跟我们的项目紧密相连,因此将它放在项目之中。现在,问题又来了,该如何在项目的 src/main.rs 中引用 hello_macro_derive 包的内容?

方法有两种,第一种是将 hello_macro_derive 发布到 crates.ioGitHub 中,就像我们引用的其它依赖一样;另一种就是使用相对路径引入的本地化方式,修改 hello_macro/Cargo.toml 文件添加以下内容:

[dependencies]
hello_macro_derive = { path = "../hello_macro/hello_macro_derive" }
# 也可以使用下面的相对路径
# hello_macro_derive = { path = "./hello_macro_derive" }

此时,hello_macro 项目就可以成功的引用到 hello_macro_derive 本地包了,对于项目依赖引入的详细介绍,可以参见 Cargo 章节

另外,学习过程更好的办法是通过展开宏来阅读和调试自己写的宏,这里需要用到一个 cargo-expand 的工具,可以通过下面的命令安装

cargo install cargo-expand

接下来,就到了重头戏环节,一起来看看该如何定义过程宏。

定义过程宏

首先,在 hello_macro_derive/Cargo.toml 文件中添加以下内容:

[lib]
proc-macro = true

[dependencies]
syn = "1.0"
quote = "1.0"

其中 synquote 依赖包都是定义过程宏所必需的,同时,还需要在 [lib] 中将过程宏的开关开启 : proc-macro = true

其次,在 hello_macro_derive/src/lib.rs 中添加如下代码:

#![allow(unused)]
fn main() {
extern crate proc_macro;

use proc_macro::TokenStream;
use quote::quote;
use syn;
use syn::DeriveInput;

#[proc_macro_derive(HelloMacro)]
pub fn hello_macro_derive(input: TokenStream) -> TokenStream {
    // 基于 input 构建 AST 语法树
    let ast:DeriveInput = syn::parse(input).unwrap();

    // 构建特征实现代码
    impl_hello_macro(&ast)
}
}

这个函数的签名我们在之前已经介绍过,总之,这种形式的过程宏定义是相当通用的,下面来分析下这段代码。

首先有一点,对于绝大多数过程宏而言,这段代码往往只在 impl_hello_macro(&ast) 中的实现有所区别,对于其它部分基本都是一致的,如包的引入、宏函数的签名、语法树构建等。

proc_macro 包是 Rust 自带的,因此无需在 Cargo.toml 中引入依赖,它包含了相关的编译器 API,可以用于读取和操作 Rust 源代码。

由于我们为 hello_macro_derive 函数标记了 #[proc_macro_derive(HelloMacro)],当用户使用 #[derive(HelloMacro)] 标记了他的类型后,hello_macro_derive 函数就将被调用。这里的秘诀就是特征名 HelloMacro,它就像一座桥梁,将用户的类型和过程宏联系在一起。

syn 将字符串形式的 Rust 代码解析为一个 AST 树的数据结构,该数据结构可以在随后的 impl_hello_macro 函数中进行操作。最后,操作的结果又会被 quote 包转换回 Rust 代码。这些包非常关键,可以帮我们节省大量的精力,否则你需要自己去编写支持代码解析和还原的解析器,这可不是一件简单的任务!

derive过程宏只能用在struct/enum/union上,多数用在结构体上,我们先来看一下一个结构体由哪些部分组成:

#![allow(unused)]
fn main() {
// vis,可视范围             ident,标识符     generic,范型    fields: 结构体的字段
pub              struct    User            <'a, T>          {

// vis   ident   type
   pub   name:   &'a T,

}
}

其中type还可以细分,具体请阅读syn文档或源码

syn::parse 调用会返回一个 DeriveInput 结构体来代表解析后的 Rust 代码:

#![allow(unused)]
fn main() {
DeriveInput {
    // --snip--
    vis: Visibility,
    ident: Ident {
        ident: "Sunfei",
        span: #0 bytes(95..103)
    },
    generics: Generics,
    // Data是一个枚举,分别是DataStruct,DataEnum,DataUnion,这里以 DataStruct 为例
    data: Data(
        DataStruct {
            struct_token: Struct,
            fields: Fields,
            semi_token: Some(
                Semi
            )
        }
    )
}
}

以上就是源代码 struct Sunfei; 解析后的结果,里面有几点值得注意:

  • fields: Fields 是一个枚举类型,Fields::Named, Fields::Unnamed, Fields::Unit 分别表示结构体中的显式命名字段(如例子所示),元组或元组变体中的匿名字段(例如Some(T)),单元类型或单元变体字段(例如None )。
  • ident: "Sunfei" 说明类型名称为 Sunfeiident 是标识符 identifier 的简写

如果想要了解更多的信息,可以查看 syn 文档

大家可能会注意到在 hello_macro_derive 函数中有 unwrap 的调用,也许会以为这是为了演示目的,没有做错误处理,实际上并不是的。由于该函数只能返回 TokenStream 而不是 Result,那么在报错时直接 panic 来抛出错误就成了相当好的选择。当然,这里实际上还是做了简化,在生产项目中,你应该通过 panic!expect 抛出更具体的报错信息。

至此,这个函数大家应该已经基本理解了,下面来看看如何构建特征实现的代码,也是过程宏的核心目标:

#![allow(unused)]
fn main() {
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()
}
}

首先,将结构体的名称赋予给 name,也就是 name 中会包含一个字段,它的值是字符串 "Sunfei"。

其次,使用 quote! 可以定义我们想要返回的 Rust 代码。由于编译器需要的内容和 quote! 直接返回的不一样,因此还需要使用 .into 方法其转换为 TokenStream

大家注意到 #name 的使用了吗?这也是 quote! 提供的功能之一,如果想要深入了解 quote,可以看看官方文档

特征的 hell_macro() 函数只有一个功能,就是使用 println! 打印一行欢迎语句。

其中 stringify! 是 Rust 提供的内置宏,可以将一个表达式(例如 1 + 2)在编译期转换成一个字符串字面值("1 + 2"),该字面量会直接打包进编译出的二进制文件中,具有 'static 生命周期。而 format! 宏会对表达式进行求值,最终结果是一个 String 类型。在这里使用 stringify! 有两个好处:

  • #name 可能是一个表达式,我们需要它的字面值形式
  • 可以减少一次 String 带来的内存分配

在运行之前,可以先用 expand 展开宏,观察是否有错误或符合预期:

$ cargo expand --bin hello_macro
struct Sunfei;
impl HelloMacro for Sunfei {
    fn hello_macro() {
        {
            ::std::io::_print(
                ::core::fmt::Arguments::new_v1(
                    &["Hello, Macro! My name is ", "!\n"],
                    &[::core::fmt::ArgumentV1::new_display(&"Sunfei")],
                ),
            );
        };
    }
}
struct Sunface;
impl HelloMacro for Sunface {
    fn hello_macro() {
        {
            ::std::io::_print(
                ::core::fmt::Arguments::new_v1(
                    &["Hello, Macro! My name is ", "!\n"],
                    &[::core::fmt::ArgumentV1::new_display(&"Sunface")],
                ),
            );
        };
    }
}
fn main() {
    Sunfei::hello_macro();
    Sunface::hello_macro();
}

从展开的代码也能看出derive宏的特性,struct Sunfei;struct Sunface; 都被保留了,也就是说最后 impl_hello_macro() 返回的token被加到结构体后面,这和类属性宏可以修改输入 的token是不一样的,input的token并不能被修改。

至此,过程宏的定义、特征定义、主体代码都已经完成,运行下试试:

$ cargo run

     Running `target/debug/hello_macro`
Hello, Macro! My name is Sunfei!
Hello, Macro! My name is Sunface!

Bingo,虽然过程有些复杂,但是结果还是很喜人,我们终于完成了自己的第一个过程宏!

下面来实现一个更实用的例子,实现官方的#[derive(Default)]宏,废话不说直接开干:

#![allow(unused)]
fn main() {
extern crate proc_macro;
use proc_macro::TokenStream;
use quote::quote;
use syn::{self, Data};
use syn::DeriveInput;

#[proc_macro_derive(MyDefault)]
pub fn my_default(input: TokenStream) -> TokenStream {
    let ast: DeriveInput = syn::parse(input).unwrap();
    let id = ast.ident;

    let Data::Struct(s) = ast.data else{
        panic!("MyDefault derive macro must use in struct");
    };

    // 声明一个新的ast,用于动态构建字段赋值的token
    let mut field_ast = quote!();

    // 这里就是要动态添加token的地方了,需要动态完成Self的字段赋值
    for (idx,f) in s.fields.iter().enumerate() {
        let (field_id, field_ty) = (&f.ident, &f.ty);


        if field_id.is_none(){
             //没有ident表示是匿名字段,对于匿名字段,都需要添加 `#field_idx: #field_type::default(),` 这样的代码
            let field_idx  = syn::Index::from(idx);
            field_ast.extend(quote! {
                field_idx: # field_ty::default(),
            });
        }else{
            //对于命名字段,都需要添加 `#field_name: #field_type::default(),` 这样的代码
            field_ast.extend(quote! {
                field_id: # field_ty::default(),
            });
        }
    }

    quote! {
        impl Default for # id {
            fn default() -> Self {
                Self {
                    field_ast
                }
            }
        }
    }.into()
}
}

然后来写使用代码:

#[derive(MyDefault)]
struct SomeData (u32,String);

#[derive(MyDefault)]
struct User {
    name: String,
    data: SomeData,
}

fn main() {

}

然后我们先展开代码看一看

struct SomeData(u32, String);
impl Default for SomeData {
    fn default() -> Self {
        Self {
            0: u32::default(),
            1: String::default(),
        }
    }
}
struct User {
    name: String,
    data: SomeData,
}
impl Default for User {
    fn default() -> Self {
        Self {
            name: String::default(),
            data: SomeData::default(),
        }
    }
}
fn main() {}

展开的代码符合预期,然后我们修改一下使用代码并测试结果

#[derive(MyDefault, Debug)]
struct SomeData (u32,String);

#[derive(MyDefault, Debug)]
struct User {
    name: String,
    data: SomeData,
}

fn main() {
    println!("{:?}", User::default());
}

执行

$ cargo run

    Running `target/debug/aaa`
User { name: "", data: SomeData(0, "") }

接下来,再来看看过程宏的另外两种类型跟 derive 类型有何区别。

类属性宏(Attribute-like macros)

类属性过程宏跟 derive 宏类似,但是前者允许我们定义自己的属性。除此之外,derive 只能用于结构体和枚举,而类属性宏可以用于其它类型项,例如函数。

假设我们在开发一个 web 框架,当用户通过 HTTP GET 请求访问 / 根路径时,使用 index 函数为其提供服务:

#![allow(unused)]
fn main() {
#[route(GET, "/")]
fn index() {
}

如上所示,代码功能非常清晰、简洁,这里的 #[route] 属性就是一个过程宏,它的定义函数大概如下:

#![allow(unused)]
fn main() {
#[proc_macro_attribute]
pub fn route(attr: TokenStream, item: TokenStream) -> TokenStream {
}

derive 宏不同,类属性宏的定义函数有两个参数:

  • 第一个参数时用于说明属性包含的内容:Get, "/" 部分
  • 第二个是属性所标注的类型项,在这里是 fn index() {...},注意,函数体也被包含其中

除此之外,类属性宏跟 derive 宏的工作方式并无区别:创建一个包,类型是 proc-macro,接着实现一个函数用于生成想要的代码。

类函数宏(Function-like macros)

类函数宏可以让我们定义像函数那样调用的宏,从这个角度来看,它跟声明宏 macro_rules 较为类似。

区别在于,macro_rules 的定义形式与 match 匹配非常相像,而类函数宏的定义形式则类似于之前讲过的两种过程宏:

#![allow(unused)]
fn main() {
#[proc_macro]
pub fn sql(input: TokenStream) -> TokenStream {
}

而使用形式则类似于函数调用:

#![allow(unused)]
fn main() {
let sql = sql!(SELECT * FROM posts WHERE id=1);
}

大家可能会好奇,为何我们不使用声明宏 macro_rules 来定义呢?原因是这里需要对 SQL 语句进行解析并检查其正确性,这个复杂的过程是 macro_rules 难以对付的,而过程宏相比起来就会灵活的多

补充学习资料

  1. dtolnay/proc-macro-workshop,学习如何编写过程宏
  2. The Little Book of Rust Macros,学习如何编写声明宏 macro_rules!
  3. synquote ,用于编写过程宏的包,它们的文档有很多值得学习的东西
  4. Structuring, testing and debugging procedural macro crates,从测试、debug、结构化的角度来编写过程宏
  5. blog.turbo.fish,里面的过程宏系列文章值得一读
  6. Rust 宏小册中文版,非常详细的解释了宏各种知识

总结

Rust 中的宏主要分为两大类:声明宏和过程宏。

声明宏目前使用 macro_rules 进行创建,它的形式类似于 match 匹配,对于用户而言,可读性和维护性都较差。由于其存在的问题和限制,在未来, macro_rules 会被 deprecated,Rust 会使用一个新的声明宏来替代它。

而过程宏的定义更像是我们平时写函数的方式,因此它更加灵活,它分为三种类型:derive 宏、类属性宏、类函数宏,具体在文中都有介绍。

虽然 Rust 中的宏很强大,但是它并不应该成为我们的常规武器,原因是它会影响 Rust 代码的可读性和可维护性,我相信没有几个人愿意去维护别人写的宏 :)

因此,大家应该熟悉宏的使用场景,但是不要滥用,当你真的需要时,再回来查看本章了解实现细节,这才是最完美的使用方式。