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宏

你有没有注意到rust中的函数参数都是固定数量的，而print!宏和vec!宏的参数数量却是任意的？这一节我们就看一下宏的用法。宏（macro）是rust中的是某一组相关功能的集合名字，它包含声明宏（declarativemacro）和过程宏（proceduralmacro），别急，我们先来看一些概念性的东西，然后分别上手尝试下

声明宏是什么：声明宏使用macro_rules!宏来定义，比如println!和vec!都可以使用macro_rules!宏来定义过程宏是什么：还记得我们为结构体和枚举使用属性#[derive(Debug)]来为结构体实现Debugtrait吗？这就是过程宏的能力了，这种称之为自定义derive宏除了为结构体和枚举添加自定义derive宏之外，过程宏还有一种能力，可以任意的条目（比如函数）添加自定义属性的属性宏还有一种函数宏，它把编译器产出的词法token作为参数，然后构建出新代码宏与函数有什么差别吗？宏是一种用于编写其他代码的代码编写方式，也就是所谓的元编程范式（metaprogramming）函数在定义签名时必须声明自己参数的个数与类型，而宏则能够处理可变数量的参数宏的定义要比函数定义复杂得多，宏定义通常要比函数定义更加难以阅读、理解及维护当在某个文件中调用宏时，必须在调用前定义宏或将宏引入当前作用域中，而函数则可以在任意位置定义并在任意位置使用声明宏macro_rules!

声明宏也被称作模板宏，它会将输入的值与带有相关执行代码的模式进行比较：此处的值是传递给宏的字面rust源代码，而此处的模式则是可以用来匹配这些源代码的结构。在编译时，当某个模式匹配成功时，该分支下的代码就会被用来替换传入宏的代码，巴拉巴拉一大堆书中的定义，下面我们先回一下vec!宏的使用：

letv:Vec_=vec![1,2,3];println!("{:?}",v);//[1,2,3]

我们来尝试实现一个简化版vec!的定义：

macro_rules!vec2{//()中表示模式，想想一下正则中的分组功能。//其中expr表示匹配表达式，item是将匹配的表达式进行命名。//括号后面的逗号意味着可能有多个参数，//*号表示前面的所有字符（包括()和,）出现0到多次（这里和一般的正则不同哦）((item:expr),*)={{letmuttemp_vec=Vec::new();(temp_vec.push(item);)*//匹配了多少次参数，就编译出多少次这个语句temp_vec}}}

在编译阶段宏会被展开成下面的样子：

letmuttemp_vec=Vec::new();temp_vec.push(1);temp_vec.push(2);temp_vec.push(3);temp_vec

来使用一下：

letv2=vec2![1,2,3];println!("{:?}",v2);//[1,2,3]

声明宏是根据模式匹配来替换代码的行为，而过程宏主要是操作输入的rust代码，并生成另外一些rust代码作为结果。当前由于技术原因，当创建过程宏时，宏的定义必须单独放在它们自己的包中，并标注的包类型。

过程宏之自定义derive宏

仔细阅读这段话哦，这次我们创建一个hello_macro的包，并在其中定义一个拥有关联函数hello_macro的HelloMacrotrait。提供一个能够"自动实现trait的过程宏"。然后呢，开发者只需要在他们类型上标注#[derive(HelloMacro)]，就可以得到hello_macro函数的默认实现，调用hello_macro函数后，会打印文本："HelloMacro!MyNameisTypeName"，其中的TypeName替换为开发者的类型的名称，就像下面这样：

//hello_macro/src/main.rsusehello_macro::HelloMacro;//引入traitusehello_macro_derive::HelloMacro;//引入自定义derive宏#[derive(HelloMacro)]//使用自定义derive宏实现HelloMacrotraitstructPancakes;Pancakes::hello_macro();//HelloMacro!MyNameisPancakes!

首先我们定义HelloMacrotrait以及其关联函数：

//hello_macro/src/lib.rspubtraitHelloMacro{fnhello_macro();}

然后定义过程宏，过程宏需要被单独放置到它们自己的包内（未来可能会取消这个限制），实现一个自定义派生过程宏的包，命名习惯一般是：包名称_derive，在hello_macro项目同一级别文件夹中创建一个名为hello_macro_derive的包：

cargonewhello_macro_derive--lib

当前目录结构如下：

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

实现一个过程宏还需要三个陌生的包，我们只需要简单了解它们的用处就好：

proc_macro：这个包是rust内置，编译器用来读取和操作rust代码的APIsyn：用来解析rust代码产生抽象语法树astquote：将syn产生的语法树重新生成rust代码

然后将这三个包添加到依赖中（是不是很像前端的babel工具系列），注意需要使用proc-macro=true来声明这是一个这个包是过程宏(proc-macro)的包：

//hello_macro_derive/Cargo.toml[lib]proc-macro=true[dependencies]syn="1.0"quote="1.0"

准备了半天，重头戏来了，开始编写过程宏：

//hello_macro_derive/src/lib.rsuseproc_macro::TokenStream;//词法token类型usequote::quote;usesyn;//当开发者在一个类型上指定#[derive(HelloMacro)]时，//hello_macro_derive函数将会被调用#[proc_macro_derive(HelloMacro)]pubfnhello_macro_derive(input:TokenStream)-TokenStream{//将rust语法转为抽象语法树letast=syn::parse(input).unwrap();//实现hello_macroimpl_hello_macro(ast)}

解析之后的ast结构如下：

DeriveInput{//--略--ident:Ident{ident:"Pancakes",//我们需要获取这个字段span:#0bytes(95..)},data:Struct(DataStruct{struct_token:Struct,fields:Unit,semi_token:Some(Semi)})}

继续实现上面的impl_hello_macro函数：

fnimpl_hello_macro(ast:syn::DeriveInput)-TokenStream{//获取"Pancakes"letname=ast.ident;//quote!宏可以用来编写rust代码，这里生成一段为Pancakes实现HelloMacrotrait的代码letgen=quote!{//这里使用了模板机制，#name用来引用"Pancakes"implHelloMacrofor#name{fnhello_macro(){//由于要打印出类型的名称，所以这里也需要用#name来替换为"Pancakes"//这里使用的stringify!宏是内置在rust中的，它接收一个rust表达式，在编译时将这个表达式转换成字符串字面量，如下：//println!("{}",stringify!(1+2));//1+2println!("HelloMacro!MyNameis{}",stringify!(#name))//代码中输入的#name有可能是一个表达式，因为我们希望直接打印出这个值的字面量，所以这里使用了stringify!}}};//quote!宏执行的直接结果并不是编译器所期望的并需要转换为TokenStream。//为此需要调用into方法，它会消费这个中间表示（intermediaterepresentation，IR）并返回所需的TokenStream类型值。gen.into()}

最后还需要在hello_macro包中引用hello_macro_derive：

//hello_macro/Cargo.toml[dependencies]hello_macro_derive={path="../hello_macro_derive"}

完成之后在hello_macro项目中运行cargorun，便可以看到控制台输出：HelloMacro!MyNameisPancakes

过程宏之属性宏

与自定义derive宏类似，属性宏允许创建新的属性，而不是为derive属性生成代码，自定义derive宏只能被用于结构体和枚举，而属性则可以同时被用于其他条目，比如函数等，比如我们编写Web应用框架接口时为函数添加接口方法和路径：

#[route(GET,"/")]fnindex(){}

使用#[proc_macro_attribute]属性将一个函数定义为一个过程宏。其宏定义的函数签名看起来像这样：

#[proc_macro_attribute]pubfnroute(attr:TokenStream,item:TokenStream)-TokenStream{}

拿上边编写Web应用框架接口的例子来说，route参数中，attr指代属性部分：#[route(GET,"/")]，item指代函数体：fnindex(){}，总体来说还是和自定义derive宏使用方式很相似的，介于篇幅原因就不多介绍了，大家可以先把基础知识打扎实，有精力的话再去深入研究

过程宏之函数宏

函数宏可以定义出类似于函数调用的宏，与macro_rules!宏类似，函数宏也能接收未知数量的参数

函数宏与macro_rules的区别是什么？

macro_rules!宏只能使用类似于match的语法来进行定义，而函数宏则可以接收一个TokenStream作为参数，与自定义derive宏和属性宏一样，可以在定义中使用rust代码来操作TokenStream，例如下面这个sql!宏：

letsql=sql!(SELECT*FROMpostsWHEREid=1);

sql!宏的签名是这样的：

#[proc_macro]pubfnsql(input:TokenStream)-TokenStream{}

函数宏与自定义derive宏的签名类似，接收TokenStream作为参数，然后返回生成的代码，所以你发现了，声明宏就是用类似正则匹配的方式，而三种过程宏都是对rust代码的编辑再生成，所以声明宏肯定是没有过程宏灵活的，过程宏也没有声明宏编写起来高效，本篇只是简单介绍了宏的能力，如果想更加深入，可以去阅读宏小册[1]

最后

本篇是rust入门系列的最后一篇，希望大家对rust有了基本的了解，后面可能会有一些小demo的文章供大家练手，本人也在学习过成功，所以希望可以和大家多多交流，共同进步吧^_^。

封面图：by铁柱呆又呆[2]