Rust 使用 use 关键字将路径引入作用域

2023-03-22 15:09 更新
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commit 2d605f66b3d891dea0a2f684ece508aa2282b854

到目前为止,似乎我们编写的用于调用函数的路径都很冗长且重复,并不方便。例如,示例 7-7 中,无论我们选择 add_to_waitlist 函数的绝对路径还是相对路径,每次我们想要调用 add_to_waitlist 时,都必须指定front_of_house 和 hosting。幸运的是,有一种方法可以简化这个过程。我们可以使用 use 关键字将路径一次性引入作用域,然后调用该路径中的项,就如同它们是本地项一样。

在示例 7-11 中,我们将 crate::front_of_house::hosting 模块引入了 eat_at_restaurant 函数的作用域,而我们只需要指定 hosting::add_to_waitlist 即可在 eat_at_restaurant 中调用 add_to_waitlist 函数。

文件名: src/lib.rs

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();
}

示例 7-11: 使用 ​use ​将模块引入作用域

在作用域中增加 use 和路径类似于在文件系统中创建软连接(符号连接,symbolic link)。通过在 crate 根增加 use crate::front_of_house::hosting,现在 hosting 在作用域中就是有效的名称了,如同 hosting 模块被定义于 crate 根一样。通过 use 引入作用域的路径也会检查私有性,同其它路径一样。

你还可以使用 use 和相对路径来将一个项引入作用域。示例 7-12 展示了如何指定相对路径来取得与示例 7-11 中一样的行为。

文件名: src/lib.rs

mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {}
    }
}

use self::front_of_house::hosting;

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

示例 7-12: 使用 ​use ​和相对路径将模块引入作用域

创建惯用的 use 路径

在示例 7-11 中,你可能会比较疑惑,为什么我们是指定 use crate::front_of_house::hosting ,然后在 eat_at_restaurant 中调用 hosting::add_to_waitlist ,而不是通过指定一直到 add_to_waitlist 函数的 use 路径来得到相同的结果,如示例 7-13 所示。

文件名: src/lib.rs

mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {}
    }
}

use crate::front_of_house::hosting::add_to_waitlist;

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

示例 7-13: 使用 ​use ​将 ​add_to_waitlist ​函数引入作用域,这并不符合习惯

虽然示例 7-11 和 7-13 都完成了相同的任务,但示例 7-11 是使用 use 将函数引入作用域的习惯用法。要想使用 use 将函数的父模块引入作用域,我们必须在调用函数时指定父模块,这样可以清晰地表明函数不是在本地定义的,同时使完整路径的重复度最小化。示例 7-13 中的代码不清楚 add_to_waitlist 是在哪里被定义的。

另一方面,使用 use 引入结构体、枚举和其他项时,习惯是指定它们的完整路径。示例 7-14 展示了将 HashMap 结构体引入二进制 crate 作用域的习惯用法。

文件名: src/main.rs

use std::collections::HashMap;

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

示例 7-14: 将 ​HashMap ​引入作用域的习惯用法

这种习惯用法背后没有什么硬性要求:它只是一种惯例,人们已经习惯了以这种方式阅读和编写 Rust 代码。

这个习惯用法有一个例外,那就是我们想使用 use 语句将两个具有相同名称的项带入作用域,因为 Rust 不允许这样做。示例 7-15 展示了如何将两个具有相同名称但不同父模块的 Result 类型引入作用域,以及如何引用它们。

文件名: src/lib.rs

use std::fmt;
use std::io;

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

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

示例 7-15: 使用父模块将两个具有相同名称的类型引入同一作用域

如你所见,使用父模块可以区分这两个 Result 类型。如果我们是指定 use std::fmt::Result 和 use std::io::Result,我们将在同一作用域拥有了两个 Result 类型,当我们使用 Result 时,Rust 则不知道我们要用的是哪个。

使用 as 关键字提供新的名称

使用 use 将两个同名类型引入同一作用域这个问题还有另一个解决办法:在这个类型的路径后面,我们使用 as 指定一个新的本地名称或者别名。示例 7-16 展示了另一个编写示例 7-15 中代码的方法,通过 as 重命名其中一个 Result 类型。

文件名: src/lib.rs

use std::fmt::Result;
use std::io::Result as IoResult;

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

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

示例 7-16: 使用 ​as​ 关键字重命名引入作用域的类型

在第二个 use 语句中,我们选择 IoResult 作为 std::io::Result 的新名称,它与从 std::fmt 引入作用域的 Result 并不冲突。示例 7-15 和示例 7-16 都是惯用的,如何选择都取决于你!

使用 pub use 重导出名称

使用 use 关键字,将某个名称导入当前作用域后,这个名称在此作用域中就可以使用了,但它对此作用域之外还是私有的。如果想让其他人调用我们的代码时,也能够正常使用这个名称,就好像它本来就在当前作用域一样,那我们可以将 pub 和 use 合起来使用。这种技术被称为 “重导出re-exporting)”:我们不仅将一个名称导入了当前作用域,还允许别人把它导入他们自己的作用域。

示例 7-17 将示例 7-11 根模块中的 use 改为 pub use 。

文件名: src/lib.rs

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();
}

示例 7-17: 通过 pub use 使名称可从新作用域中被导入至任何代码

通过 pub use重导出,外部代码现在可以通过新路径 restaurant::hosting::add_to_waitlist 来调用 add_to_waitlist 函数。如果没有指定 pub use,外部代码需在其作用域中调用 restaurant::front_of_house::hosting::add_to_waitlist

当你代码的内部结构与调用你代码的程序员所想象的结构不同时,重导出会很有用。例如,在这个餐馆的比喻中,经营餐馆的人会想到“前台”和“后台”。但顾客在光顾一家餐馆时,可能不会以这些术语来考虑餐馆的各个部分。使用 pub use,我们可以使用一种结构编写代码,却将不同的结构形式暴露出来。这样做使我们的库井井有条,也使开发这个库的程序员和调用这个库的程序员都更加方便。

使用外部包

在第二章中我们编写了一个猜猜看游戏。那个项目使用了一个外部包,rand,来生成随机数。为了在项目中使用 rand,在 Cargo.toml 中加入了如下行:

文件名: Cargo.toml

rand = "0.8.3"

在 Cargo.toml 中加入 rand 依赖告诉了 Cargo 要从 crates.io 下载 rand 和其依赖,并使其可在项目代码中使用。

接着,为了将 rand 定义引入项目包的作用域,我们加入一行 use 起始的包名,它以 rand 包名开头并列出了需要引入作用域的项。回忆一下第二章的 “生成一个随机数” 部分,我们曾将 Rng trait 引入作用域并调用了 rand::thread_rng 函数:

use rand::Rng;

fn main() {
    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);
}

crates.io 上有很多 Rust 社区成员发布的包,将其引入你自己的项目都需要一道相同的步骤:在 Cargo.toml 列出它们并通过 use 将其中定义的项引入项目包的作用域中。

注意标准库(std)对于你的包来说也是外部 crate。因为标准库随 Rust 语言一同分发,无需修改 Cargo.toml 来引入 std,不过需要通过 use 将标准库中定义的项引入项目包的作用域中来引用它们,比如我们使用的 HashMap

use std::collections::HashMap;

这是一个以标准库 crate 名 std 开头的绝对路径。

嵌套路径来消除大量的 use 行

当需要引入很多定义于相同包或相同模块的项时,为每一项单独列出一行会占用源码很大的空间。例如猜猜看章节示例 2-4 中有两行 use 语句都从 std 引入项到作用域:

文件名: src/main.rs

// --snip--
use std::cmp::Ordering;
use std::io;
// --snip--

相反,我们可以使用嵌套路径将相同的项在一行中引入作用域。这么做需要指定路径的相同部分,接着是两个冒号,接着是大括号中的各自不同的路径部分,如示例 7-18 所示。

文件名: src/main.rs

// --snip--
use std::{cmp::Ordering, io};
// --snip--

示例 7-18: 指定嵌套的路径在一行中将多个带有相同前缀的项引入作用域

在较大的程序中,使用嵌套路径从相同包或模块中引入很多项,可以显著减少所需的独立 use 语句的数量!

我们可以在路径的任何层级使用嵌套路径,这在组合两个共享子路径的 use 语句时非常有用。例如,示例 7-19 中展示了两个 use 语句:一个将 std::io 引入作用域,另一个将 std::io::Write 引入作用域:

文件名: src/lib.rs

use std::io;
use std::io::Write;

示例 7-19: 通过两行 ​use ​语句引入两个路径,其中一个是另一个的子路径

两个路径的相同部分是 std::io,这正是第一个路径。为了在一行 use 语句中引入这两个路径,可以在嵌套路径中使用 self,如示例 7-20 所示。

文件名: src/lib.rs

use std::io::{self, Write};

示例 7-20: 将示例 7-19 中部分重复的路径合并为一个 ​use ​语句

这一行便将 std::io 和 std::io::Write 同时引入作用域。

通过 glob 运算符将所有的公有定义引入作用域

如果希望将一个路径下 所有 公有项引入作用域,可以指定路径后跟 *,glob 运算符:

use std::collections::*;

这个 use 语句将 std::collections 中定义的所有公有项引入当前作用域。使用 glob 运算符时请多加小心!Glob 会使得我们难以推导作用域中有什么名称和它们是在何处定义的。

glob 运算符经常用于测试模块 tests 中,这时会将所有内容引入作用域;我们将在第十一章 “如何编写测试” 部分讲解。glob 运算符有时也用于 prelude 模式;查看 标准库中的文档 了解这个模式的更多细节。


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