Rust語言最強大的一個特點就是可以創(chuàng)建和利用宏/Macro。不過創(chuàng)建 Rust宏看起來挺復(fù)雜，常常令剛接觸Rust的開發(fā)者心生畏懼。這片文章 的目的就是幫助你理解Rust Macro的基本運作原理，學(xué)習(xí)如何創(chuàng)建自己的 Rust宏。

相關(guān)鏈接：在線學(xué)編程 - 匯智網(wǎng)

1、什么是Rust的宏/Macro？

如果你嘗試過Rust，應(yīng)該已經(jīng)用過Rust的宏了：println!。這個宏 可以在終端輸出一行文本，并且支持變量的插值。

簡單地說，Rust宏讓你可以發(fā)明自己的語法，編寫出可以自行展開的代碼， 也就是我們通常所說的元編程，你甚至可以用Rust宏來創(chuàng)作自己的DSL。

Rust宏的基本運作機制就是：首先匹配宏規(guī)則中定義的模式，然后將匹配 結(jié)果綁定到變量，最后展開變量替換后的代碼。

不理解也沒有關(guān)系，讓我們繼續(xù)看。

2、如果創(chuàng)建Rust宏/Macro？

可以使用Rust預(yù)置的macro_rules!宏來創(chuàng)建一個新的Rust宏。

下圖展示了如何創(chuàng)建一個空白的Rust宏：hey!，這個宏什么功能 也沒有，我們現(xiàn)在只關(guān)注它的結(jié)構(gòu)：

() => {}看起來很神秘，因為它不是標(biāo)準(zhǔn)的rust語法，是macro_rules! 這個宏自己發(fā)明的，用來表示一條宏規(guī)則，=>左邊是匹配模式，右邊是 等待展開的代碼：

左邊的小括號部分是Rust宏的匹配器/Matcher，用來匹配模式并捕捉變量，這是我們 發(fā)明自定義語法和DSL的關(guān)鍵所在。

右邊的大括號部分是Rust宏的轉(zhuǎn)碼器/Transcriber，也就是我們要應(yīng)用匹配器捕捉到 的變量的部分，Rust編譯器將利用變量和這部分的代碼來生成實際的Rust代碼。

類似于Rust中的match語句，在macro_rules!中可以定義多條宏規(guī)則，例如：

macro_rules! hey{ () => {}, () => {}}

3、模式匹配與變量捕捉

現(xiàn)在我們看看Rust宏的模式是如何匹配的。

在匹配器/Matcher中，$name部分定義了變量名，匹配結(jié)果將綁定到該變量以便 應(yīng)用到轉(zhuǎn)碼器/Transcriber中。在這個示例中，表示我們將Rust宏的匹配結(jié)果存入變量$name。

冒號后面的部分被稱為選擇器/Designator，用于聲明我們要匹配的類型。 例如在這個示例中，我們使用的是表達式選擇器，也就是expr， 這告訴Rust：匹配一個表達式，然后存入$name變量。

表達式選擇器只是Rust中眾多可用選擇器中的一個，下面是一些常見的 Rust宏選擇器：

• item：條目，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)、模塊等
• block：代碼塊
• stmt：語句
• pat：模式
• expr：表達式
• ty：類型
• ident：標(biāo)識符
• path：路徑，例如 foo、 ::std::mem::replace, transmute::<_ int>, …
• meta：元信息條目，例如 #[…]和 #![rust macro…] 屬性
• tt：詞條樹

那么，現(xiàn)在如何在轉(zhuǎn)碼器/Transcriber中應(yīng)用我們捕捉到的變量？

很簡單，在Rust宏轉(zhuǎn)碼器部分我們只需要在常規(guī)的Rust代碼中，嵌入匹配器 捕捉到的變量就行了，沒什么特別之處！

4、編寫第一個Rust宏

我們已經(jīng)了解了如何編寫一個Rust宏，現(xiàn)在讓我們動手寫一個：

很簡單，對吧？

5、重復(fù)模式的提取與利用

我們用的許多Rust宏都可以支持非常多的輸入。以vec!宏為例，我們 可以這樣調(diào)用它：vec![rust macro1,2,3,4,5]，或者這樣：vec![rust macro1,2,3,,4,5,6,7,8]。

那么vec!宏是如何實現(xiàn)這一點的？很顯然它不會去定義成千上萬個變量來 逐個保存匹配結(jié)果，秘密在于重復(fù)模式的匹配：

我們只需要把希望重復(fù)的模式寫在$(...)這部分，然后插入分隔符， 在這里也就是逗號，最后添加一個*符號，表示重復(fù)匹配$()中的模式。

還有點暈？讓我們看個具體的例子：

在這個示例中，對于hey!宏，我們重復(fù)捕捉輸入表達式并存入變量$name， 也就是說，所有捕捉到的表達式都綁定到變量$name了 —— 不妨把 $name 想象成數(shù)組變量。

6、用重復(fù)模式在Rust中實現(xiàn)Ruby的哈希表語法

如果你之前寫過Ruby程序，可能還記得在Ruby中定義哈希表的語法：key => value。 現(xiàn)在我們可以用Rust宏來在Rust中實現(xiàn)哈希表的這種定義方法！

在Rust宏的匹配器部分，我們使用模式$key:expr => $value:expr 來分別捕捉$key和$value表達式，分隔符為=>。 不過現(xiàn)在只能匹配一個鍵/值對，但是哈希表通常都是多個鍵值對的。應(yīng)該 如何實現(xiàn)？

答案是使用重復(fù)匹配：

將我們要匹配的鍵/值對模式放到$(),*，就可以進行重復(fù)匹配了。COOL!!

那么，如何應(yīng)用捕捉到的鍵/值對？顯然，我們應(yīng)該在Rust宏的轉(zhuǎn)碼器中創(chuàng)建哈希表對象， 然后將捕捉到的所有鍵值對插入該哈希表：

在轉(zhuǎn)碼器中，注意代碼中的$()*，它的意思是其中的代碼會重復(fù)展開！

就像你看到的，當(dāng)我們調(diào)用map!("name" => "Finn", "gender" => "Boy")時， 我們在生成兩段重復(fù)的代碼。

key => value將被轉(zhuǎn)碼為在Rust宏的轉(zhuǎn)碼器/transcriber中指定的代碼，也就是 hm.insert($key, $value)，其中$key和$value是我們在Rust宏的匹配器部分 捕捉到的變量。

好了，讓我們看看完整的map!宏實現(xiàn):

只用了幾行代碼，我們就創(chuàng)建了一個功能完整的Rust宏！現(xiàn)在讓 我們寫個小程序測試一下：

COOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOL.

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原文鏈接：http://blog.hubwiz.com/2020/01/30/rust-macro/

總結(jié)

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