面试题：Rust宏定义之基础使用

Question

请简述Rust中宏定义的两种主要类型（声明式宏和过程宏）的区别，并分别举例说明如何定义和使用它们。在使用声明式宏时，模式匹配的规则是怎样的？

Answer 1

声明式宏和过程宏的区别

1. 声明式宏（Macro by example）：
   • 定义：通过模式匹配来展开代码。它基于macro_rules!关键字定义，通常用于生成重复的代码结构。
   • 适用场景：适用于简单的代码生成和替换，比如生成相同结构的代码片段。
2. 过程宏（Procedural macro）：
   • 定义：以函数的方式定义，接受TokenStream作为输入并返回处理后的TokenStream。有三种类型：函数式宏（#[proc_macro]）、类属性宏（#[proc_macro_attribute]）和类推导宏（#[proc_macro_derive]）。
   • 适用场景：适用于更复杂的代码生成和元编程，例如根据结构体定义自动生成一些方法等。

声明式宏定义和使用示例

// 定义声明式宏
macro_rules! print_vec {
    ($($x:expr),*) => {
        {
            let v: Vec<&str> = vec![$(stringify!($x)),*];
            println!("{:?}", v);
        }
    };
}

fn main() {
    // 使用声明式宏
    print_vec!(hello, world);
}

过程宏（函数式宏）定义和使用示例

1. 定义一个函数式宏：
   • 创建一个新的Crate，比如my_proc_macro，在Cargo.toml中添加如下内容：

   [lib]
   proc-macro = true
   

   • 在src/lib.rs中编写代码：

   use proc_macro::TokenStream;
   #[proc_macro]
   pub fn my_macro(input: TokenStream) -> TokenStream {
       input.into_iter().filter(|token| token.to_string()!= " ").collect()
   }
   

2. 使用函数式宏：
   • 在另一个Crate中，在Cargo.toml中添加依赖：

   my_proc_macro = { path = "../my_proc_macro" }
   

   • 在src/main.rs中使用：

   extern crate my_proc_macro;
   my_proc_macro!(println!("Hello, World!"));
   

声明式宏模式匹配规则

1. 通配符模式：
   • $()：用于匹配零个或多个项。例如在print_vec宏中($($x:expr),*)，$x是一个模式变量，*表示匹配零个或多个表达式，并且每个表达式用逗号分隔。
2. 模式变量：
   • 模式变量的语法是$name:tt形式，其中name是变量名，tt是标记树（token tree）类型。常见的类型有expr（表达式）、stmt（语句）、ident（标识符）等。例如$x:expr表示匹配一个表达式并将其绑定到$x变量。
3. 重复模式：
   • 除了*（零个或多个），还可以用+（一个或多个）和?（零个或一个）。例如($($x:expr),+)表示匹配一个或多个用逗号分隔的表达式。