rust 面向对象编程特性、模式与模式匹配、高级特征

面向对象编程`OOP`

学习了结构体、枚举，它们可以包含自定义数据字段，也可以定义内部方法，它们提供了与对象相同的功能。

面向对象的四大特征：封装、继承、多态

通过pub标记为公有的结构体，在其他模块中可以访问使用这个结构体。但是对于结构体内部字段，如果不用pub，则仍是私有的，则可以通过定义公有方法，访问内部的属性。

src/user.rs 定义一个模块，定义了结构体model为公有，内部的属性是私有的。

pub struct model {name: String,age: i32,
}impl model {pub fn get_name(self) -> String {self.name}pub fn new(name: String) -> Self {// panic!("hello world");Self {name,age: 35,}}
}

在src/main.rs中引入使用,实例user要访问属性name不能直接访问，只能通过公有方法get_name()访问

mod user;
fn main() {let user = user::model::new(String::from("hboot"));println!("{}", user.get_name());
}

这就是 rust 封装的特点，继承是一个对象可以定义另一个对象中定义的元素，使得其获得父元素的数据和行为，而无需重复定义。

rust 继承的特点就是之前写过的 trait定义共同行为，rust 实现此 trait，从而有了 trait 上定义的方法。

因为继承导致的一些问题，子类总是共享其父类的所有特征。rust 选择了使用trait对象，而不是继承来处理这一行为。

使用`trait`解释面向对象的多态行为

rust 提出的 trait 概念，trait对通用行为进行抽象，然后通过impl为实现内部的方法，或采用默认实现，或覆盖默认实现。

多态是需要多个不同类型对象对同一行为做出不同响应。但是 rust 编译时运行检测，必须确定数据类型，那就只能使用运行时类型检测智能指针Box<T>声明类型。

GUI 图形界面库，元素Button、TextField都要实现draw方法，创建自定义内容并绘制到屏幕上

trait Draw {fn draw(&self);
}struct Screen {components: Vec<Box<dyn Draw>>,
}impl Screen {fn run(&self) {for component in self.components.iter() {component.draw();}}
}struct Button {width: u32,height: u32,label: String,
}impl Draw for Button {fn draw(&self) {// 内容绘制逻辑println!("button draw")}
}struct TextField {width: u32,height: u32,content: String,
}impl Draw for TextField {fn draw(&self) {// 内容绘制逻辑println!("textField draw")}
}

在主文件中调用初始化执行，实例化创建Button、TextField后，并不是直接把实例对象传递给Screen,因为这是具体类型，需要通过Box<T>包装转变为 trait 对象。screen.run()调用执行时，才知道具体传入的类型，并调用它实现的Drawtrait 里的方法。

fn main(){let button_primary = Button {width: 150,height: 150,label: String::from("确定"),};let text_field = TextField {width: 200,height: 200,content: String::from("hello rust, nice!"),};let screen = Screen {components: vec![Box::new(button_primary), Box::new(text_field)],};screen.run();
}

如果一个类型没有实现Drawtrait 对象,Screen在编译阶段就会给出错误提示。它不会去检测每个实例是否实现了draw()方法，它不需要关注具体的类型是什么。

由于不知道具体类型的定义实现，所以对于 trait，需要保证它的对象安全。

内部方法的返回值不能是self
不能有泛型类型的参数

比如非安全对象的 trait 示例，来自于 rust 标准库的Clonetrait

pub trait Clone {fn clone(&self) -> Self;
}

在很多上都有clone()方法，比如String、Vector等。它们都是类型自我调用获得一个实例类型对象，返回的Self类型确切的知道是哪一个类型。

而对于Screen，调用run()方法时，是不能知道具体的类型的。这样也就不能将Clonetrait 作为对象传递给Screen

impl Screen {fn run(&self) {for component in self.components.iter() {component.draw();}}
}

应该使用什么样的设计模式

设计模式的表现在于更好的组织代码，也可以帮我们规避掉一些逻辑问题。虽然对于同一个设计模式，可能每个人的理解不同，实现不同，但我们可以从中学习更好的设计实现。

对于一篇文章的发布，会经历草稿状态-审核中-审批完成-发布的流程，对于草稿、审核中状态时，内容不可见；只有在审核技术后内容才可见。

对于这样一个流程，我瞬间可想出的设计是,一个Blog结构，基本包含内容、状态；还有一个BlogStatus状态枚举。然后实现结构体内部方法，get_content()方法用于获取内容，初始状态为Draf,只有在状态变更为Done时，可以获取到文章内容。

创建blog.rs，以便使用结构体属性私有性特性。只能通过内部提供的方法更改状态。

pub enum BlogStatus {Draf,Pending,Done,
}pub struct Blog {content: String,status: BlogStatus,
}impl Blog {pub fn new(content: String) -> Blog {Blog {content,status: BlogStatus::Draf,}}pub fn get_content(&self) -> &str {// 需要根据状态判断// 只有审核完成的内容才可以查看match self.status {BlogStatus::Done => &self.content,_ => "",}}pub fn approval(&mut self) {self.status = BlogStatus::Pending;}pub fn publish(&mut self) {self.status = BlogStatus::Done;}
}

生成文章blog，然后调用审批-发布过程，最后才能获取到文章内容。这里并没有写状态限制，也就是草稿状态不能调用publish()发布。

use blog::Blog;mod blog;
fn main(){let mut blog = Blog::new(String::from("hello rust,"));println!("{:?}", blog.get_content());blog.approval();println!("{:?}", blog.get_content());blog.publish();println!("{:?}", blog.get_content());
}

以上场景，我们可以采用状态驱动模式来设计,通过一系列的状态对象，来控制流程。

重新创建Blog结构体，现在不再有状态字段区分，将每一个状态作为结构体类型。草稿状态DraftBlog结构体

pub struct Blog {content: String,
}
pub struct DraftBlog {content: String,
}impl Blog {pub fn new(content: String) -> DraftBlog {DraftBlog { content }}pub fn get_content(&self) -> &str {&self.content}
}
impl DraftBlog {pub fn approval(self) -> PendingBlog {PendingBlog {content: self.content,}}
}

现在Blog创建不再返回自身实例，而是返回DraftBlog草稿实例，而草稿状态没有定义内部方法get_content(),所以此时无论怎么操作都取不到文章内容。

DraftBlog结构体提供了内部方法approval()发起审批，然后返回一个PendingBlog结构体实例，状态切换为审批中

pub struct PendingBlog {content: String,
}
impl PendingBlog {pub fn publish(self) -> Blog {Blog {content: self.content,}}
}

接着再由审批->发布，返回Blog的实例，这里不仅是状态的切换，还有数据所有权的转移。

fn main(){let blog = Blog::new(String::from("hello rust,hboot!"));let blog = blog.approval();let blog = blog.publish();println!("{}", blog.get_content());
}

模式与模式匹配

模式用于匹配类型中的结构，来控制程序的流程。

字面值
解构的数组、枚举、结构体、元组
变量
通配符
占位符

通过使用match表达式来匹配

fn main(){let name = Option::None;let name = match name {None => "hboot",Some(val) => val,};println!("{}", name);
}

match必须考虑到所有的情况，确保每一个值可以被捕获处理。_可以匹配所有情况，用于兜底类似于 default 默认处理。

if let用于匹配指定的条件，不需要覆盖所有情况. let语句就是一种模式匹配，用于匹配后面的值；

fn main(){let default_name: Option<&str> = Some("admin");if let Some(name) = default_name {println!("hello! {}", name)};
}

while let用于条件匹配时，就一直执行。

fn main(){let mut num = 5;while num < 8 {println!("{}", num);num += 1;}
}

for循环，通过解构迭代器的枚举值

fn main(){let arr = [1, 2, 3];for (index, val) in arr.iter().enumerate() {println!("{}-{}", index, val);}
}

let语句，值解构。函数参数解构都是模式,匹配对应的参数值。

let (x,y) = (10,20);

对于可以匹配到值的模式称之为不可反驳的，而对于某些值的匹配会失败的模式称之为可反驳的。

函数参数、let 语句、for 循环都是不可反驳的，因为它们只有在值匹配时才有执行的意义；if let 、 while let都是可反驳的模式匹配。对于match分支匹配必须时可反驳的，这样才能到匹配打其他分支，只允许有一个不可反驳的分支，用于匹配其他未匹配到的模式处理。

模式语法

看看模式中所有有效的语法，以及讨论在什么时候使用。

最简单的就是匹配一个字面量,很明确就可以看出来匹配的分支是哪个。

let name = "hboot";
match name {"hboot" => println!("hello"),"admin" => println!("nice"),_ => println!("who"),
};

匹配命名变量，match内部是一个新的作用域，外部变量会被覆盖。name_other不同于外部同名变量，它会匹配到Some("hboot"),并将hboot复制给name_other。而最后的语句println!("{}", name_other)离开了match作用域，输出 test。

let name = Some("hboot");
let name_other = "test";
match name {Some("admin") => println!("nice"),Some(name_other) => println!("hello,{}", name_other),_ => println!("who"),
};println!("{}", name_other)

通过|来进行多模式匹配。多个值匹配有相同的处理逻辑可以使用,name值为hboot\admin都会匹配第一个分支。

let name = "admin";
match name {"hboot" | "admin" => println!("hello,{}", name),_ => println!("who,{}", name),
};

通过..=来匹配范围内的值。这个仅仅支持数字或 char 类型的值。

let num = 13;
match num {0..=20 => println!("青年"),21..=50 => println!("壮年"),_ => println!("老年"),
};

解构结构体、元组、枚举。可以对解构的值重新命名；可以通过解构指定的属性值来进行匹配,

struct User {name: String,age: i32,
}fn main(){let user = User {name: String::from("hboot"),age: 18,};let User {name: user_name,age,} = user;println!("{}-{}", user_name, age);
}

通过_忽略值匹配，只匹配需要使用的值。age被忽略，则作用域内不存在age,不能访问。

let User {name: user_name,age:_,
} = user;println!("{}", user_name);

在变量前加_,可以用来忽略未被使用的变量。这样 rust 编译器不会给出未使用警告。

fn main(){let _name = "hboot";
}

这在匹配中，非常有用，在我们不希望转移值的所有权时。

fn main(){let name = Some(String::from("hboot"));if let Some(_) = name {println!("不使用匹配值，忽略")}println!("外部可以继续使用变量，{:?}", name);
}

通过..省略其他的匹配值，只匹配需要用到的值。避免产生歧义，期望匹配和期望忽略的值必须明确。

fn main(){let User {name: user_name, ..} = user;println!("{}", user_name);
}

匹配守卫，用于在模式匹配后继续使用if条件处理

fn main(){let num = Some(10);match num {Some(age) if age < 20 => println!("青少年"),Some(age) if age < 50 => println!("壮年"),_ => println!("{:?}", num),}
}

@用于创建一个存放值的变量时测试其值是否在匹配模式。

fn main(){let user = User {name: String::from("admin"),age: 18,};match user {User {age: user_age @ 0..=20,..} => println!("{},青少年", user_age),User { name, age } => println!("who,{}-{}", name, age),}
}

高级特征

除了一些常用的语法之外，也有一些特定场景会很有用的功能。

不安全的 rust

rust 静态编译的特征保证了代码类型安全，从而保证了内存安全。在之前的智能指针中有提到运行时编译，不会强制检查类型安全，这个风险自行承担。除了代码层面的不安全之外，底层计算机硬件固有的不安全性，但是程序可能必须要进行一些不安全操作才能完成工作。

通过unsafe关键字来存放不安全的代码,一些不安全的操作

解引用裸指针
调用不安全的函数或方法
访问或修改可变静态变量
实现不安全 trait
访问 union 的字段

在unsafe不安全代码块中，rust 不会关闭借用检查器或禁用其他安全检查，仍然可以获得某种程度上的代码安全。为了尽可能隔离不安全代码，可以将其抽象封装进安全代码中，对外提供 API

解引用裸指针

裸指针是类似于引用的新类型，*const T表示不可变*mut T表示可变。不可变的裸指针在解引用后不能直接赋值

不同于智能指针

允许忽略借用规则，可以同时拥有不可变和可变的指针，或多个指向相同位置的指针。
不保证指向有效的内存
允许为空
不能实现任何自动清理

通过as关键字强制转为对应的裸指针类型。这样创建的裸指针，可以很明确的知道指针是有效，所以没有使用unsafe

fn main() {let mut name = "hboot";let name_1 = &name as *const &str;let name_2 = &mut name as *mut &str;
}

但我们解引用去访问其指向的数据时，无法保证有效，则必须放在unsafe块中。也就是创建不会有什么危险，使用时可能遇到问题。

unsafe {println!("{:?}", *name_1);
}

可以通过可变引用，解引用后变更值。需要注意潜在造成数据竞争的问题。

unsafe {*name_2 = "hello";println!("{:?}", *name_2);println!("{:?}", *name_1);
}

裸指针可以用于调用 C 代码接口；也可以用来构建检查器无法理解的安全抽象的代码。

调用不安全函数或方法

通过unsafe声明创建函数或方法,rust 不会去检查该函数调用时的限制、规则。需要我们自己清楚明白自己在做什么，调用该函数时可以满足函数的执行要求。

unsafe fn get_name() {}fn main(){unsafe {get_name();}
}

在不安全的函数中，可以不再使用unsafe块去调用不安全代码。

创建不安全代码的安全抽象

当然，安全的函数中，可以编写不安全的代码。通过指定位置，分割数组，并范围两个部分的引用

fn split_arr(arr: &mut [i32], t_index: usize) -> (&mut [i32], &mut [i32]) {(&mut arr[..t_index], &mut arr[t_index..])
}

split_arr会被检查器提示错误，因为我们借用了同一个 slice 两次，理论上是可以，但是 rust 不能理解，不能理解

通过使用不安全函数来处理这段逻辑,as_mut_ptr()方法获取 slice 的裸指针， slice::from_raw_parts_mut()函数,两个参数：一个裸指针和一个指定长度来创建一个 slice.

use std::slice;fn split_arr(arr: &mut [i32], t_index: usize) -> (&mut [i32], &mut [i32]) {let len = arr.len();let temp = arr.as_mut_ptr();unsafe {(slice::from_raw_parts_mut(temp, t_index),slice::from_raw_parts_mut(temp.add(t_index), len - t_index),)}
}

add()方法通过参数指定下标位置，获取另一个裸指针。调用测试

fn main(){let mut arr = [1, 2, 3, 4, 5];println!("{:?}", split_arr(&mut arr, 3));
}

使用 `extern` 函数调用外部代码

rust 可能需要与其他语言进行交互。可以通过extern关键字，创建与外部函数调用的接口

extern "C" {fn find(age: i32) -> i32;
}fn main(){unsafe { print!("{}", find(45)) }
}

在extern "C"列出能够调用的另一个语言中的外部函数。C部分定义了外部函数所使用的应用二进制接口（ABI）-- ABI 定义了如何在汇编语言层面调用函数。

通过extern来创建一个允许其他语言调用 rust 函数的接口。#[no_mangle]可以让 rust 忽略对此函数名称的编译；

#[no_mangle]
pub extern "C" fn find_name() {println!("hello,call this in other ")
}

访问或修改可变静态变量

全局变量也称为静态变量，通过static创建

static APP_NAME: &str = "rust-web";

静态变量与常量的区别：

静态变量总是有一个固定的内存地址，访问这个值总是访问同样的地址；
静态变量可以是可变的，访问和修改都是不安全的。
常量允许别赋值数据。

static mut APP_NAME: &str = "rust-web";fn main(){unsafe {println!("{}", APP_NAME);APP_NAME = "hboot";println!("{}", APP_NAME);}
}

全局可访问的可变数据，可能会造成数据竞争。尽量优先使用线程安全的智能指针 rust 自动化测试、迭代器与闭包、智能指针、无畏并发;

实现不安全 trait

一些trait存在某个方法包含编译器无法验证的不可变式时，是不安全的，通过usafe声明。此时实现该 trait 时，也需要标记为unsafe

访问`union`的字段

仅适用于unsafe的最后一个操作时访问union中的字段。union是一个和结构体类似的类型，它在一个实例中同时只能使用一个申明的字段。

union主要用于和 C 代码的联合体交互。

高级`trait`

关联类型用于在`trait`定义指定占位类型

关联类型将占位符类型与 trait 关联起来，在 trait 的方法中就可以使用这些占位符类型。

pub trait Iterator {type Item;fn next(&mut self) -> Option<Self::Item>;
}

实现 trait 时，需要指定Item的具体类型

struct User {name: String,age:i32
}
impl Iterator for User {type Item = String;fn next(&self) -> Option<Self::Item> {Some(self.name.clone())}
}fn main(){let user = User {name: String::from("hboot"),age: 30,};println!("{:?}", user.next());
}

关联类型看起来很像泛型，它允许指定一个函数而不指定其可以处理的类型。而它们的区别在于采用关联类型的 trait,在实现时，实现一次即可。

如果使用泛型，就需要多次为不同类型实现改 trait；且在调用时需要指定类型，以便调用具体哪一个类型的实现

pub trait Iterator<T> {fn next(&self) -> Option<T>;
}// String
impl Iterator<String> for User {fn next(&self) -> Option<String> {Some(self.name.clone())}
}
// i32
impl Iterator<i32> for User {fn next(&self) -> Option<i32> {Some(self.age)}
}

调用时，需要指定具体类型的实现

println!("{:?}", Iterator::<String>::next(&user));
println!("{:?}", Iterator::<i32>::next(&user))

默认泛型参数和运算符重载

通过为泛型类型参数指定一个默认的具体类型。在实现该 trait 时，传入的参数类型符合默认类型，则不需要再指定

trait PrintNum<Rhs = i32> {fn print(self, val: Rhs) -> Rhs;
}struct MyNum {}impl PrintNum for MyNum {fn print(self, val: i32) -> i32 {val}
}fn main(){let num = MyNum {};println!("{}", num.print(18));
}

Rhs = i32接受一个泛型参数，默认类型为i32.实现时实现 trait 方法的参数类型满足默认类型，则无需指定泛型类型.

当我们实现时不是默认的指定类型，则需要指定 trait 的泛型具体类型。

impl PrintNum<String> for MyNum {fn print(self, val: String) -> String {val}
}

有了默认类型在使用时都不需要指定，更容易使用；而且扩展类型也不会破坏现有代码。

限定语法：调用相同名称的方法

当我们实现多个 trait，它们有同名方法时，如何确定调用哪个，这里有两种情况。

实现的 trait 的方法第一个参数是self参数，则可以通过 self 的类型计算出调用哪一个。

trait Dog {fn speak(&self);
}trait Bird {fn speak(&self);
}struct Animal;impl Dog for Animal {fn speak(&self) {println!("dog");}
}
impl Bird for Animal {fn speak(&self) {println!("bird");}
}

类型Animal实现了两个 trait，它们都有speak方法。调用时需要指定调用哪一个

fn main(){let animal = Animal;Dog::speak(&animal);Bird::speak(&animal);
}

如果实现的 trait 中存在没有self参数的函数，那就必须使用完全限定语法

trait Dog {fn speak();
}trait Bird {fn speak();
}struct Animal;impl Dog for Animal {fn speak() {println!("dog");}
}
impl Bird for Animal {fn speak() {println!("bird");}
}

则在使用时，需要指定具体调用实现的哪一个 trait 的函数。

fn main(){<Animal as Dog>::speak();<Animal as Bird>::speak();
}

父级`trait`中依赖另一个`trait`，在子 trait 中则必须实现这个 trait

需要实现的 triat 如果依赖于另一个 trait，那么在实现这个 trait 时，要求类型实现了它依赖的那个 trait。

trait Animal {fn eat(&self) {println!("eat")}
}trait Dog: Animal {fn speak(&self) {println!("speak");self.eat();}
}struct Collie;impl Dog for Collie {}

traitDog依赖 traitAnimal,在类型Collie实现 traitDog时，会被需要实现 traitAnimal，否则不被编译通过

impl Animal for Collie {}fn main(){let dog = Collie;dog.speak();
}

newtype 模式在外部类型上实现外部 trait

孤儿规则 - 只要 trait 或类型对于当前 crate 是本地的话就可以在此类型上实现该 trait。

绕开这个规则的方法就是newtype模式。在一个元组结构体中带有一个字段希望实现外部 trait 的类型，那么这个元组结构体就是本地的，就可以在此之上实现 trait 了。

想在Vec<T>上实现Disaplay,它们都是定义在我们当前 crate 之外的类型

use std::fmt;struct Wrapper(Vec<String>);
impl fmt::Display for Wrapper {fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {write!(f, "[{}]", self.0.join(","))}
}fn main(){let wrapper = Wrapper(vec![String::from("hello"), String::from("hboot")]);println!("{}", wrapper);
}

Wrapper是一个新类型，如果想要像Vec一样使用，则必须实现Vec<T>上的所有方法。可以手动实现一些方法，达到限制使用其他方法的目的。也可以通过实现Defer trait 返回其内部类型，

高级类型

为了类型安全和抽象使用`newtype`模式

newtype模式的数据类型封装一些实现细节，

确保静态值的清楚表达而不被混淆。
隐藏其内部的泛型类型；
暴露出使用内部私有 API 不同的公有 API

use std::ops::Add;struct Millimeters(u32);
struct Meters(u32);impl Add<Meters> for Millimeters {type Output = Millimeters;fn add(self, rhs: Meters) -> Self::Output {Millimeters(self.0 + (rhs.0 * 1000))}
}

类型别名创建类型同义词

通过type关键字重新命名现有类型。可以像类型一样使用

type My32 = i32;
let age: My32 = 48;println!("{}", age + 48);

类型别名用于减少代码重复。在一些函数签名或类型注解中出现的复杂表达,在多个地方使用时可以使用类型别名。

type Thunk = Box<dyn Fn() + Send + 'static>;fn test(f: Thunk) {f();
}fn main(){let f: Thunk = Box::new(|| println!("hboot"));test(f);
}

从不返回的`never type`

这是一个特殊的类型!表示，在函数从不返回值的时候用作返回值。不能用来创建该类型的值

continue不会返回一个值,它用于返回上层循环；panic!也不产生值,他会终止程序。他们是!类型。

fn test_never() -> ! {panic!("err")
}

动态类型大小和`Sized`trait

动态类型是在运行时才知道类型大小,被称为DST或unsized types。

str是一个动态类型，但是我们不能直接使用它来创建变量。rust 需要知道为特定类型的值需要分配多少内存，同一类型的值必须使用相同大小的内存。

常使用的&str有两个值，地址和长度。对于动态大小类型的值，意味着必须将其置于某种指针之后。

对于动态大小类型，之前已经有Box<str>或Rc<str>.还可以通过一个 trait 用于另一个 trait ，将它们置于指针之后，比如&dyn Trait 、Box<dyn Trait>

泛型函数默认只能用于在编译时已知大小的类型，可以通过?放宽这个限制

fn test_trait<T>(t: T) {// ...
}

此时，由于未知大小的类型，所以需要将参数t类型置于某指针之后&T

fn test_trait<T: ?Sized>(t: &T) {// ...
}

高级函数与闭包

函数指针

通过fn函数指针，允许我们使用函数作为另一个函数的参数。

fn main() {println!("{}", call_repeat(add_one, 30));
}fn add_one(val: i32) -> i32 {val + 1
}
fn call_repeat(add: fn(i32) -> i32, target: i32) -> i32 {add(target) + add(target)
}

不同于闭包，fn是一个类型而不是一个 trait。直接指定fn作为一个参数而不是声明一个带有Fn作为 trait bounds 的参数。

函数指针实现了所有三个闭包 traitFn\FnMut\FnOnce.所以可以在期望调用闭包的函数中传递函数指针作为参数。

let num = [1, 2, 3];
let num_to_str: Vec<String> = num.iter().map(|val| val.to_string()).collect();

可以直接修改map的传参，改为函数指针。使用了完全限定语法ToString::to_string,因为存在多个实现了to_string函数的库。

let num_to_str: Vec<String> = num.iter().map(ToString::to_string).collect();

一个只期望接受fn而不是接受闭包的情况是在与不存在闭包的外部代码交互时，比如和 C 语言代码交互。

也可以指定构造函数作为接受闭包的方法的参数。

#[derive(Debug)]
struct Age(u32);fn main(){let list_of_age: Vec<Age> = (5u32..20).map(Age).collect();
}

返回闭包

闭包表现为 trait，所以它不能直接被返回。对于大多数需要返回 trait 的情况下，可以通过实现期望返回的 trait 的具体类型来代替函数返回值。

但是这不能用于闭包，因为闭包没有可以返回的具体类型。

通过函数指针fn来尝试作为闭包的返回值类型。

fn returns_closure() -> dyn Fn(i32) -> i32 {|val| val + 1
}

错误信息提示在编译时未知闭包大小。可以通过智能指针Box处理未知大小;

fn returns_closure() -> Box<dyn Fn(i32) -> i32> {Box::new(|val| val + 1)
}

也可以通过impl trait的方式，就可以返回实现这个 trait 的类型值。

fn returns_closure() -> impl Fn(i32) -> i32 {|val| val + 1
}

宏

一直有使用的println!宏。它表示了一系列功能，宏包括了使用macro_rules!声明宏和三种过程式宏。

三种过程式宏

自定义#[derive]在结构体和枚举上通过 derive 属性添加代码。
类属性宏可以定义任意项的自定义属性。
类函数宏可以用于作为参数传递的 token

宏和函数的区别，它是一种为写其他代码而写代码的方式；它可以减少大量编写和维护的代码；可以接受不同数量的参数；宏可以给定类型上实现 trait；调用宏之前必须定义它或引入作用域。

`macro_rules!`声明宏

macro_rules!声明宏类似于match表达式，会根据模式匹配执行相关代码。

一个简易版的Vec!实现，#[macro_export]表明该宏可被引入作用域，可被使用。($($x:expr),*)是一个模式，匹配成功后会执行其后面的代码。

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

这里的模式和上面的模式语法不同，这里的模式匹配的是 rust 的代码。$匹配该模式的 rust 代码，$x匹配 rust 的任意表达式。之后的 *表示匹配零个或多个之前的模式

let num = vec![1, 2, 3];

这里会匹配执行三次，并最终返回temp_vec

通过`derive`生成代码的过程宏

过程宏更像是一个函数，它可以接受 rust 代码作为参数，然后在这些代码上进行操作后产生一些其他代码。

这有点像 JS 里的高级函数，接受一个函数作为参数，增加一些逻辑代码，比如属性、方法，最后返回这个函数。

通过自定义过程宏来简写 trait 的实现过程

trait Log {fn print();
}struct Info;impl Log for Info {fn print() {println!("log-info");}
}

如果有很多个结构体需要实现Logtrait，就需要编写大量的重复实现过程。通过过程式宏可以节省这些工作量。

由于过程式宏需要在自己的 crate 中，需要重新新建一个 lib 库log_macro，并包含一个log_macro_derive过程式宏的包。

这两个包是紧密关联的，所以在同目录下创建，

$> cargo new log_macro --lib$> cd log_macro
$> cargo new log_macro_derive --lib

在log_macro需要编写功能实现的类型，在src/main.rs中定义

pub trait LogMacro {fn log_macro();
}

然后在log_macro_derive处理接收到的 rust 代码，为传入的类型实现该 trait 功能,在log_macro_derive/src/main.rs

use proc_macro::TokenStream;
use quote::quote;
use syn;#[proc_macro_derive(LogMacro)]
pub fn log_macro_derive(input: TokenStream) -> TokenStream {let ast = syn::parse(input).unwrap();impl_log_macro(&ast)
}

对于log_macro_derive需要三个依赖proc_macro\quote\syn,proc_macro是 rust 自带的,用于读取和操作 rust 代码，所以无需引入；其他两个需要手动安装，syn将字符串的 rust 代码解析成可操作的数据接口，quote将 syn 解析的数据结构转为 rust 代码。

在log_macro_derive/Cargo.toml中

[lib]
proc-macro = true[dependencies]
syn = "1.0"
quote = "1.0"

通过proc_macro_derive注解，指定 trait 名称，表示将为输入代码实现此 trait。然后就是通过 syn 去解析代码，调用了impl_log_macro方法去实现具体的逻辑

fn impl_log_macro(ast: &syn::DeriveInput) -> TokenStream {let name = &ast.ident;let gen = quote! {impl LogMacro for #name{fn log_macro(){println!("hello, Macro! target is {}",stringify!(#name));}}};gen.into()
}

通过打印来看下解析后的数据结构：

ident是注解时的结构体名称，quote!编译代码，其后面模板代码，通过#name获取变量name的值。最后通过.into()方法返回 rust 编译器期望的类型TokenStream.通过cargo build检测项目是可以正常执行的。

完成了宏功能，将其引入测试。在原项目中rust-web中引入依赖

[dependencies]
log_macro={path="../rust-lib/log_macro"}
log_macro_derive={path="../rust-lib/log_macro/log_macro_derive"}

本地引入是项目的相对路径，现在可用注解来实现功能;需要同时引入log_macro、log_macro_derive，

为了方便也可以在log_macro中将log_macro_derive作为依赖，并重新导出。

use log_macro::LogMacro;
use log_macro_derive::LogMacro;#[derive(LogMacro)]
struct Blog;#[derive(LogMacro)]
struct Log;fn main() {Blog::log_macro();Log::log_macro();
}

执行cargo run可以看到打印输出。

对于 vs code 出现的rust-analyzer[unresolved-proc-macro]错误提示，这并不会影响程序执行，只是由于本地默认禁用了派生宏。通过 rust-analyzer 配置来取消提示

{"rust-analyzer.diagnostics.disabled": ["unresolved-proc-macro"]
}

属性宏添加新属性

derive派生宏可以生成代码，属性宏则可以添加新的属性，它不仅可以用于结构体和枚举，还可以用于其他项，比如函数。

新增一个 cratename_macro，为函数添加一个新的属性name。通过proc_macro_attribute注解，该宏可以作为属性使用。

use proc_macro::TokenStream;
use quote::quote;
use syn::{parse_macro_input, AttributeArgs, ItemFn};#[proc_macro_attribute]
pub fn name_macro(attr: TokenStream, item: TokenStream) -> TokenStream {let name = parse_macro_input!(attr as AttributeArgs).pop().unwrap();let name_value = match name {syn::NestedMeta::Lit(syn::Lit::Str(name)) => name.value(),_ => return quote! { compile_error!("Expected a string literal") }.into(),};let input = parse_macro_input!(item as ItemFn);let fn_name = &input.sig.ident;let gen = quote! {#input#[doc(hidden)]#[allow(non_upper_case_globals)]pub mod #fn_name {pub const name: &str = #name_value;}};gen.into()
}

首先解析宏参数attr取出最后一个值为字符串值，不是则会抛出一个编译错误。然后就是将解析到的name_value作为函数的属性name的值。

这个属性宏的依赖：

[lib]
proc_macro = true[dependencies]
proc-macro2 = "1.0.79"
quote = "1.0.35"
syn = { version = "1.0.109", features = ["full"] }

然后在我们的项目rust-web中引入依赖

[dependencies]
name_macro = { path = "../rust-web-lib/name_macro" }

因为是本地开发测试的，引入时要注意路径。

use name_macro::name_macro;#[name_macro("hboot")]
fn user() {// 这里是函数体println!("{}", user::name)
}fn main() {user();println!("{}", user::name)
}

在自定义函数user上使用定义的属性宏name_macro，首先要记得use name_macro::name_macro;导入属性宏。然后再使用，可以通过user::name访问属性。

执行测试打印：

类函数宏

像函数一样可以调用，类似于macro_rules!,比函数更灵活。可以接受未知数量的参数，可获取到TokenStream参数来操作 rust 代码，实现复杂的代码功能。

实现一个数值大小的类函数宏,同样的需要创建一个新的 crate。名称为compare_max:

use proc_macro::TokenStream;
use quote::quote;
use syn::Expr;#[proc_macro]
pub fn compare_max(input: TokenStream) -> TokenStream {let input = input.to_string();let mut iter = input.split(',');let left = iter.next().unwrap().trim();let right = iter.next().unwrap().trim();let left_expr: Expr = syn::parse_str(left).unwrap();let right_expr: Expr = syn::parse_str(right).unwrap();let gen = quote! {{std::cmp::max(#left_expr, #right_expr)}};gen.into()
}

这里仅解析前两个参数,使用系统std::cmp::max函数来比较两个值的大小并返回。

然后在我们的项目rust-web中引入自定义 crate,导入测试

use compare_max::compare_max;
fn main() {println!("{}", compare_max!(34, 12));
}

运行结果,可以看到打印输出到了34.