使用 use 及受限可见性

如果代码中,通篇都是 crate::front_of_house::hosting::add_to_waitlist 这样的函数调用形式,我不知道有谁会喜欢,也许靠代码行数赚工资的人会很喜欢,但是强迫症肯定受不了,悲伤的是程序员大多都有强迫症。。。

因此我们需要一个办法来简化这种使用方式,在 Rust 中,可以使用 use 关键字把路径提前引入到当前作用域中,随后的调用就可以省略该路径,极大地简化了代码。

基本引入方式

在 Rust 中,引入模块中的项有两种方式:绝对路径和相对路径,这两者在前面章节都有讲过,就不再赘述,先来看看使用绝对路径的引入方式。

绝对路径引入模块


#![allow(unused)]
fn main() {
mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {}
    }
}

use crate::front_of_house::hosting;

pub fn eat_at_restaurant() {
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
}
}

这里,我们使用 use 和绝对路径的方式,将 hosting 模块引入到当前作用域中,然后只需通过 hosting::add_to_waitlist 的方式,即可调用目标模块中的函数,相比 crate::front_of_house::hosting::add_to_waitlist() 的方式要简单的多,那么还能更简单吗?

相对路径引入模块中的函数

在下面代码中,我们不仅要使用相对路径进行引入,而且与上面引入 hosting 模块不同,直接引入该模块中的 add_to_waitlist 函数:


#![allow(unused)]
fn main() {
mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {}
    }
}

use front_of_house::hosting::add_to_waitlist;

pub fn eat_at_restaurant() {
    add_to_waitlist();
    add_to_waitlist();
    add_to_waitlist();
}
}

很明显,三兄弟又变得更短了,不过,怎么觉得这句话怪怪的。。

引入模块还是函数

从使用简洁性来说,引入函数自然是更甚一筹,但是在某些时候,引入模块会更好:

  • 需要引入同一个模块的多个函数
  • 作用域中存在同名函数

在以上两种情况中,使用 use front_of_house::hosting 引入模块要比 use front_of_house::hosting::add_to_waitlist; 引入函数更好。

例如,如果想使用 HashMap,那么直接引入该结构体是比引入模块更好的选择,因为在 collections 模块中,我们只需要使用一个 HashMap 结构体:

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut map = HashMap::new();
    map.insert(1, 2);
}

其实严格来说,对于引用方式并没有需要遵守的惯例,主要还是取决于你的喜好,不过我们建议:优先使用最细粒度(引入函数、结构体等)的引用方式,如果引起了某种麻烦(例如前面两种情况),再使用引入模块的方式

避免同名引用

根据上一章节的内容,我们只要保证同一个模块中不存在同名项就行,模块之间、包之间的同名,谁管得着谁啊,话虽如此,一起看看,如果遇到同名的情况该如何处理。

模块::函数


#![allow(unused)]
fn main() {
use std::fmt;
use std::io;

fn function1() -> fmt::Result {
    // --snip--
}

fn function2() -> io::Result<()> {
    // --snip--
}
}

上面的例子给出了很好的解决方案,使用模块引入的方式,具体的 Result 通过 模块::Result 的方式进行调用。

可以看出,避免同名冲突的关键,就是使用父模块的方式来调用,除此之外,还可以给予引入的项起一个别名。

as 别名引用

对于同名冲突问题,还可以使用 as 关键字来解决,它可以赋予引入项一个全新的名称:


#![allow(unused)]
fn main() {
use std::fmt::Result;
use std::io::Result as IoResult;

fn function1() -> Result {
    // --snip--
}

fn function2() -> IoResult<()> {
    // --snip--
}
}

如上所示,首先通过 use std::io::ResultResult 引入到作用域,然后使用 as 给予它一个全新的名称 IoResult,这样就不会再产生冲突:

  • Result 代表 std::fmt::Result
  • IoResult 代表 std:io::Result

引入项再导出

当外部的模块项 A 被引入到当前模块中时,它的可见性自动被设置为私有的,如果你希望允许其它外部代码引用我们的模块项 A,那么可以对它进行再导出:


#![allow(unused)]
fn main() {
mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {}
    }
}

pub use crate::front_of_house::hosting;

pub fn eat_at_restaurant() {
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
}
}

如上,使用 pub use 即可实现。这里 use 代表引入 hosting 模块到当前作用域,pub 表示将该引入的内容再度设置为可见。

当你希望将内部的实现细节隐藏起来或者按照某个目的组织代码时,可以使用 pub use 再导出,例如统一使用一个模块来提供对外的 API,那该模块就可以引入其它模块中的 API,然后进行再导出,最终对于用户来说,所有的 API 都是由一个模块统一提供的。

使用第三方包

之前我们一直在引入标准库模块或者自定义模块,现在来引入下第三方包中的模块,关于如何引入外部依赖,我们在 Cargo 入门中就有讲,这里直接给出操作步骤:

  1. 修改 Cargo.toml 文件,在 [dependencies] 区域添加一行:rand = "0.8.3"
  2. 此时,如果你用的是 VSCoderust-analyzer 插件,该插件会自动拉取该库,你可能需要等它完成后,再进行下一步(VSCode 左下角有提示)

好了,此时,rand 包已经被我们添加到依赖中,下一步就是在代码中使用:

use rand::Rng;

fn main() {
    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
}

这里使用 use 引入了第三方包 rand 中的 Rng 特征,因为我们需要调用的 gen_range 方法定义在该特征中。

crates.io,lib.rs

Rust 社区已经为我们贡献了大量高质量的第三方包,你可以在 crates.io 或者 lib.rs 中检索和使用,从目前来说查找包更推荐 lib.rs,搜索功能更强大,内容展示也更加合理,但是下载依赖包还是得用crates.io

你可以在网站上搜索 rand 包,看看它的文档使用方式是否和我们之前引入方式相一致:在网上找到想要的包,然后将你想要的包和版本信息写入到 Cargo.toml 中。

使用 {} 简化引入方式

对于以下一行一行的引入方式:


#![allow(unused)]
fn main() {
use std::collections::HashMap;
use std::collections::BTreeMap;
use std::collections::HashSet;

use std::cmp::Ordering;
use std::io;
}

可以使用 {} 来一起引入进来,在大型项目中,使用这种方式来引入,可以减少大量 use 的使用:


#![allow(unused)]
fn main() {
use std::collections::{HashMap,BTreeMap,HashSet};
use std::{cmp::Ordering, io};
}

对于下面的同时引入模块和模块中的项:


#![allow(unused)]
fn main() {
use std::io;
use std::io::Write;
}

可以使用 {} 的方式进行简化:


#![allow(unused)]
fn main() {
use std::io::{self, Write};
}

self

上面使用到了模块章节提到的 self 关键字,用来替代模块自身,结合上一节中的 self,可以得出它在模块中的两个用途:

  • use self::xxx,表示加载当前模块中的 xxx。此时 self 可省略
  • use xxx::{self, yyy},表示,加载当前路径下模块 xxx 本身,以及模块 xxx 下的 yyy

使用 * 引入模块下的所有项

对于之前一行一行引入 std::collections 的方式,我们还可以使用


#![allow(unused)]
fn main() {
use std::collections::*;
}

以上这种方式来引入 std::collections 模块下的所有公共项,这些公共项自然包含了 HashMapHashSet 等想手动引入的集合类型。

当使用 * 来引入的时候要格外小心,因为你很难知道到底哪些被引入到了当前作用域中,有哪些会和你自己程序中的名称相冲突:

use std::collections::*;

struct HashMap;
fn main() {
   let mut v =  HashMap::new();
   v.insert("a", 1);
}

以上代码中,std::collection::HashMap* 引入到当前作用域,但是由于存在另一个同名的结构体,因此 HashMap::new 根本不存在,因为对于编译器来说,本地同名类型的优先级更高。

在实际项目中,这种引用方式往往用于快速写测试代码,它可以把所有东西一次性引入到 tests 模块中。

受限的可见性

在上一节中,我们学习了可见性这个概念,这也是模块体系中最为核心的概念,控制了模块中哪些内容可以被外部看见,但是在实际使用时,光被外面看到还不行,我们还想控制哪些人能看,这就是 Rust 提供的受限可见性。

例如,在 Rust 中,包是一个模块树,我们可以通过 pub(crate) item; 这种方式来实现:item 虽然是对外可见的,但是只在当前包内可见,外部包无法引用到该 item

所以,如果我们想要让某一项可以在整个包中都可以被使用,那么有两种办法:

  • 在包根中定义一个非 pub 类型的 X(父模块的项对子模块都是可见的,因此包根中的项对模块树上的所有模块都可见)
  • 在子模块中定义一个 pub 类型的 Y,同时通过 use 将其引入到包根

#![allow(unused)]
fn main() {
mod a {
    pub mod b {
        pub fn c() {
            println!("{:?}",crate::X);
        }

        #[derive(Debug)]
        pub struct Y;
    }
}

#[derive(Debug)]
struct X;
use a::b::Y;
fn d() {
    println!("{:?}",Y);
}
}

以上代码充分说明了之前两种办法的使用方式,但是有时我们会遇到这两种方法都不太好用的时候。例如希望对于某些特定的模块可见,但是对于其他模块又不可见:


#![allow(unused)]
fn main() {
// 目标:`a` 导出 `I`、`bar` and `foo`,其他的不导出
pub mod a {
    pub const I: i32 = 3;

    fn semisecret(x: i32) -> i32 {
        use self::b::c::J;
        x + J
    }

    pub fn bar(z: i32) -> i32 {
        semisecret(I) * z
    }
    pub fn foo(y: i32) -> i32 {
        semisecret(I) + y
    }

    mod b {
        mod c {
            const J: i32 = 4;
        }
    }
}
}

这段代码会报错,因为与父模块中的项对子模块可见相反,子模块中的项对父模块是不可见的。这里 semisecret 方法中,a -> b -> c 形成了父子模块链,那 c 中的 J 自然对 a 模块不可见。

如果使用之前的可见性方式,那么想保持 J 私有,同时让 a 继续使用 semisecret 函数的办法是将该函数移动到 c 模块中,然后用 pub usesemisecret 函数进行再导出:


#![allow(unused)]
fn main() {
pub mod a {
    pub const I: i32 = 3;

    use self::b::semisecret;

    pub fn bar(z: i32) -> i32 {
        semisecret(I) * z
    }
    pub fn foo(y: i32) -> i32 {
        semisecret(I) + y
    }

    mod b {
        pub use self::c::semisecret;
        mod c {
            const J: i32 = 4;
            pub fn semisecret(x: i32) -> i32 {
                x + J
            }
        }
    }
}
}

这段代码说实话问题不大,但是有些破坏了我们之前的逻辑,如果想保持代码逻辑,同时又只让 Ja 内可见该怎么办?


#![allow(unused)]
fn main() {
pub mod a {
    pub const I: i32 = 3;

    fn semisecret(x: i32) -> i32 {
        use self::b::c::J;
        x + J
    }

    pub fn bar(z: i32) -> i32 {
        semisecret(I) * z
    }
    pub fn foo(y: i32) -> i32 {
        semisecret(I) + y
    }

    mod b {
        pub(in crate::a) mod c {
            pub(in crate::a) const J: i32 = 4;
        }
    }
}
}

通过 pub(in crate::a) 的方式,我们指定了模块 c 和常量 J 的可见范围都只是 a 模块中,a 之外的模块是完全访问不到它们的。

限制可见性语法

pub(crate)pub(in crate::a) 就是限制可见性语法,前者是限制在整个包内可见,后者是通过绝对路径,限制在包内的某个模块内可见,总结一下:

  • pub 意味着可见性无任何限制
  • pub(crate) 表示在当前包可见
  • pub(self) 在当前模块可见
  • pub(super) 在父模块可见
  • pub(in <path>) 表示在某个路径代表的模块中可见,其中 path 必须是父模块或者祖先模块

一个综合例子

// 一个名为 `my_mod` 的模块
mod my_mod {
    // 模块中的项默认具有私有的可见性
    fn private_function() {
        println!("called `my_mod::private_function()`");
    }

    // 使用 `pub` 修饰语来改变默认可见性。
    pub fn function() {
        println!("called `my_mod::function()`");
    }

    // 在同一模块中,项可以访问其它项,即使它是私有的。
    pub fn indirect_access() {
        print!("called `my_mod::indirect_access()`, that\n> ");
        private_function();
    }

    // 模块也可以嵌套
    pub mod nested {
        pub fn function() {
            println!("called `my_mod::nested::function()`");
        }

        #[allow(dead_code)]
        fn private_function() {
            println!("called `my_mod::nested::private_function()`");
        }

        // 使用 `pub(in path)` 语法定义的函数只在给定的路径中可见。
        // `path` 必须是父模块(parent module)或祖先模块(ancestor module)
        pub(in crate::my_mod) fn public_function_in_my_mod() {
            print!("called `my_mod::nested::public_function_in_my_mod()`, that\n > ");
            public_function_in_nested()
        }

        // 使用 `pub(self)` 语法定义的函数则只在当前模块中可见。
        pub(self) fn public_function_in_nested() {
            println!("called `my_mod::nested::public_function_in_nested");
        }

        // 使用 `pub(super)` 语法定义的函数只在父模块中可见。
        pub(super) fn public_function_in_super_mod() {
            println!("called my_mod::nested::public_function_in_super_mod");
        }
    }

    pub fn call_public_function_in_my_mod() {
        print!("called `my_mod::call_public_funcion_in_my_mod()`, that\n> ");
        nested::public_function_in_my_mod();
        print!("> ");
        nested::public_function_in_super_mod();
    }

    // `pub(crate)` 使得函数只在当前包中可见
    pub(crate) fn public_function_in_crate() {
        println!("called `my_mod::public_function_in_crate()");
    }

    // 嵌套模块的可见性遵循相同的规则
    mod private_nested {
        #[allow(dead_code)]
        pub fn function() {
            println!("called `my_mod::private_nested::function()`");
        }
    }
}

fn function() {
    println!("called `function()`");
}

fn main() {
    // 模块机制消除了相同名字的项之间的歧义。
    function();
    my_mod::function();

    // 公有项,包括嵌套模块内的,都可以在父模块外部访问。
    my_mod::indirect_access();
    my_mod::nested::function();
    my_mod::call_public_function_in_my_mod();

    // pub(crate) 项可以在同一个 crate 中的任何地方访问
    my_mod::public_function_in_crate();

    // pub(in path) 项只能在指定的模块中访问
    // 报错!函数 `public_function_in_my_mod` 是私有的
    //my_mod::nested::public_function_in_my_mod();
    // 试一试 ^ 取消该行的注释

    // 模块的私有项不能直接访问,即便它是嵌套在公有模块内部的

    // 报错!`private_function` 是私有的
    //my_mod::private_function();
    // 试一试 ^ 取消此行注释

    // 报错!`private_function` 是私有的
    //my_mod::nested::private_function();
    // 试一试 ^ 取消此行的注释

    // 报错! `private_nested` 是私有的
    //my_mod::private_nested::function();
    // 试一试 ^ 取消此行的注释
}