面试题：Rust高级宏应用与元编程

1. 实现Rust过程宏生成序列化和反序列化代码

创建过程宏项目：

cargo new --lib my_derive
cd my_derive

在 Cargo.toml 中添加：

[lib]
proc-macro = true

编写过程宏代码：

use proc_macro::TokenStream;
use quote::quote;
use syn::{parse_macro_input, DeriveInput};

#[proc_macro_derive(MySerialize)]
pub fn my_serialize(input: TokenStream) -> TokenStream {
    let ast = parse_macro_input!(input as DeriveInput);
    let struct_name = &ast.ident;

    let gen = quote! {
        impl MySerialize for #struct_name {
            fn serialize(&self) -> String {
                // 这里假设为简单的JSON格式
                let mut json = String::from("{");
                // 遍历结构体字段生成JSON
                #(
                    json.push_str(&format!("\"{}\": ", stringify!(#field)));
                    // 假设字段实现了ToString
                    json.push_str(&self.#field.to_string());
                    json.push(',');
                )*
                if json.ends_with(',') {
                    json.pop();
                }
                json.push('}');
                json
            }
        }
    };

    gen.into()
}

#[proc_macro_derive(MyDeserialize)]
pub fn my_deserialize(input: TokenStream) -> TokenStream {
    let ast = parse_macro_input!(input as DeriveInput);
    let struct_name = &ast.ident;

    let gen = quote! {
        impl MyDeserialize for #struct_name {
            fn deserialize(json: &str) -> Result<Self, &'static str> {
                // 简单的JSON解析
                let mut fields = json.strip_prefix('{').unwrap_or(json).strip_suffix('}').unwrap_or("").split(',');
                let mut values = Vec::new();
                #(
                    let parts = fields.next().ok_or("Missing field")?.splitn(2, ':');
                    let field_name = parts.next().ok_or("Missing field name")?;
                    let field_value = parts.next().ok_or("Missing field value")?;
                    // 简单的字符串转具体类型，实际需根据字段类型调整
                    let value = field_value.trim().parse().map_err(|_| "Failed to parse value")?;
                    values.push(value);
                )*
                if fields.next().is_some() {
                    return Err("Extra fields");
                }
                Ok(Self {
                    #(
                        #field: values.remove(0),
                    )*
                })
            }
        }
    };

    gen.into()
}

这里定义了 MySerialize 和 MyDeserialize 两个过程宏，分别用于生成简单JSON格式的序列化和反序列化代码。

2. 解析和修改AST

解析AST：
- 使用 syn 库来解析输入的TokenStream为AST。例如 parse_macro_input!(input as DeriveInput) 将输入解析为 DeriveInput 结构体，它包含了结构体的定义信息，如结构体名称、字段等。
- 对于结构体字段的解析，DeriveInput 的 fields 字段包含了结构体所有字段的信息，通过模式匹配可以获取每个字段的名称和类型。
修改AST并生成代码：
- 使用 quote 库来构建新的代码片段。通过模板化的方式，将解析得到的结构体信息（如名称、字段）插入到生成的代码模板中。
- 例如在序列化代码中，通过遍历结构体字段，生成JSON格式的字符串。在反序列化代码中，解析JSON字符串并根据字段类型进行转换，构建结构体实例。

3. 元编程中的陷阱和应对方法

类型不匹配问题：
- 陷阱：在生成反序列化代码时，如果字段类型不能简单地从字符串解析，如自定义类型，会导致解析失败。
- 应对方法：可以为自定义类型实现特定的解析方法，或者使用 serde 等成熟库，它可以自动处理复杂类型的序列化和反序列化。
宏递归和循环问题：
- 陷阱：在宏展开过程中，如果不小心编写了递归或循环的宏定义，可能导致编译时无限展开，耗尽资源。
- 应对方法：仔细设计宏逻辑，避免递归或循环定义。在使用递归时，设置合理的终止条件。
作用域和命名冲突：
- 陷阱：生成的代码可能与现有代码存在命名冲突，或者在错误的作用域中定义变量。
- 应对方法：使用唯一的命名规则，如在生成的名称中加入结构体名称作为前缀。注意代码块的作用域，确保变量定义在合适的位置。

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面试题：Rust高级宏应用与元编程

知识考点

面试题答案

1. 实现Rust过程宏生成序列化和反序列化代码

2. 解析和修改AST

3. 元编程中的陷阱和应对方法