二十、Rust AOP 切面增强

  用过 java spring 的同学,应该会对 AspectJ 的 前置、后置、环绕 增强 念念不忘,巧了 rust 也有类似能力,稍显不同的是,为了向 “零成本抽象” 靠齐,Rust 的 “增强” 是在编译期 完成的。

  编译期生成,则离不开 “宏”,本篇使用 “过程宏” 来实现 AOP 的代理增强,逻辑比较简单,记录函数的运行时间。

重要的点

  • Rust 过程宏,要求放入独立的 “项目” or “包” 中。
  • 原因:过程宏必须先被编译才能使用,和项目代码放在一起,也要先编译 “宏”,但 rust 编译单元是 “包”,而无法做到这一点。

创建项目

  • 创建一个 lib 项目
cargo new elapsed --lib
  • 将项目 描述为 macro(宏)项目
[lib]
proc-macro = true

[dependencies]
quote = "1"
syn = { version = "2.0.58", features = ["full"] }
  • syn:解析语法树(AST)、及各种语法构成;
  • quote:使用 解析结果,生成rust代码,实现想要的功能;

实现“宏增强”逻辑

  • Rust 继续要求:宏声明,必须在 crate root 下,即 lib.rs 中。

    但为使结构清晰,可以在 crate root ( src/lib.rs ) 中只做声明,而在其他 mod 中具体实现;

  • elapsed/src/lib.rs

use proc_macro::TokenStream;

mod elapsed;

#[proc_macro_attribute]
#[cfg(not(test))]
pub fn elapsed(args: TokenStream, func: TokenStream) -> TokenStream {
    elapsed::elapsed(args, func)
}
  • elapsed/src/elapsed.rs
use proc_macro::TokenStream;
use quote::quote;
use syn::ItemFn;
use syn::parse_macro_input;

pub(crate) fn elapsed(_attr: TokenStream, func: TokenStream) -> TokenStream {
    let func = parse_macro_input!(func as ItemFn);
    let func_vis = &func.vis;     // like pub
    let func_block = &func.block; // { some statement or expression here }

    let func_decl = func.sig;
    let func_name = &func_decl.ident;  // function name
    let func_generics = &func_decl.generics;
    let func_inputs = &func_decl.inputs;
    let func_output = &func_decl.output;

    let caller = quote! {
        #func_vis fn #func_name #func_generics(#func_inputs) #func_output {
            use std::time;

            let start = time::Instant::now();
            #func_block
            println!("time cost {:?}", start.elapsed());
        }
    };
    caller.into()
}

简单解释:

  • pub(crate) 指定该函数仅在当前crate中可见;
  • parse_macro_input!(func as ItemFn) 将 AST Token 转为函数定义 func

随后获取了函数的各个部分:

  • vis:可见性;
  • block:函数体;
  • func.sig:函数签名:
    • ident:函数名;
    • generics:函数声明的范型;
    • inputs:函数入参;
    • output:函数出参;

最后,通过 quote! 创建了一个新的 rust 代码块;

  • caller.into 将结果,转换为编译器可识别的内容:TokenStream

测试运行

  • 到另外的工程,引入本项目,并使用该过程宏。
[dependencies]
elapsed = { path = "../elapsed" }
  • 本例中,该 #[elapsed] 只能加在同步方法上,加在异步方法上,会破坏方法的异步性,导致报错。
#[elapsed]
fn demo(t: u64) {
    let secs = Duration::from_secs(t);
    thread::sleep(secs);
}

fn main() {
    demo(4);
    demo(2);
}
  • 运行后,可得:
time cost 4.004699342s
time cost 2.003885116s
  • cargo-expand:可查看 方法 经宏展开 替换后的样子
cargo install cargo-expand
cargo expand
#![feature(prelude_import)]
#[prelude_import]
use std::prelude::rust_2018::*;
#[macro_use]
extern crate std;
use my_macro::elapsed;
use std::thread;
use std::time::Duration;
fn demo(t: u64) {
    use std::time;
    let start = time::Instant::now();
    {
        let secs = Duration::from_secs(t);
        thread::sleep(secs);
    }
    {
        ::std::io::_print(
            ::core::fmt::Arguments::new_v1(
                &["time cost ", "\n"],
                &[::core::fmt::ArgumentV1::new_debug(&start.elapsed())],
            ),
        );
    };
}
fn main() {
    demo(4);
    demo(2);
}

  

总结

  通过 synquote,可以在编译期,操纵整个 rust 代码的 AST 树,为功能编写、甚至框架封装,提供了更多可能 !

  

  完事,拜了个 bye ~

  
  

参考资料

  • 如何编写一个过程宏(proc-macro)
  • Rust过程宏系列教程 | Proc Macro Workshop 之 Builder 实现
  • https://github.com/dtolnay/proc-macro-workshop/
  • Macro 宏编程
  • https://jasonkayzk.github.io/2022/11/25/Rust%E5%8F%8D%E5%B0%84%E4%B9%8B%E8%BF%87%E7%A8%8B%E5%AE%8F/
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