模块和包系统、Prelude - pub restricted

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2023-12-01

概览

这是 rust1.18 新增的一个语法。在此之前的版本，item 只有 pub/non-pub 两种分类，pub restricted 这个语法用来扩展 pub 的使用，使其能够指定想要的作用域(可见范围)，详情参见RFC 1422-pub-restricted.md。

在 Rust 中 crate 是一个模块树，可以通过表达式 pub(crate) item; 来限制 item 只在当前 crate 中可用，在当前 crate 的其他子树中，可以通过 use + path 的语法来引用 item。

设计动因

Rust1.18 之前，如果我们想要设计一个 item x 可以在多处使用，那么有两种方法：

在根目录中定义一个非 pub item；
在子模块中定义一个 pub item，同时通过 use 将这个项目引用到根目录。

但是，有时候这两种方法都并不是我们想要的。在一些情况下，我们希望对于某些特定的模块，该项目可见，而其他模块不允许使用。

下面我们来看一个例子：

// Intent: `a` exports `I`, `bar`, and `foo`, but nothing else.
pub mod a {
    pub const I: i32 = 3;
    // `semisecret` will be used "many" places within `a`, but
    // is not meant to be exposed outside of `a`.
    fn semisecret(x: i32) -> i32  { use self::b::c::J; x + J }
    pub fn bar(z: i32) -> i32 { semisecret(I) * z }
    pub fn foo(y: i32) -> i32 { semisecret(I) + y }
    mod b {
        mod c {
            const J: i32 = 4; // J is meant to be hidden from the outside world.
        }
    }
}

这段代码编译无法通过，因为 J 无法在 mod c 的外部访问，而 fn semisecret 尝试在 mod a 中访问 J.

在 rust1.18 之前，保持J私有，并能够让 a 使用 fn semisecret 的正确写法是，将 fn semisecret 移动到 mod c 中，并将其 pub，之后根据需要可以重新导出 semisecret。(如果不需要保持 J 的私有化，那么可以对其进行 pub，之后可以在 b 中 pub use self::c::J 或者直接 pub c)

// Intent: `a` exports `I`, `bar`, and `foo`, but nothing else.
pub mod a {
    pub const I: i32 = 3;
    // `semisecret` will be used "many" places within `a`, but
    // is not meant to be exposed outside of `a`.
    // (If we put `pub use` here, then *anyone* could access it.)
    use self::b::semisecret;
    pub fn bar(z: i32) -> i32 { semisecret(I) * z }
    pub fn foo(y: i32) -> i32 { semisecret(I) + y }
    mod b {
        pub use self::c::semisecret;
        mod c {
            const J: i32 = 4; // J is meant to be hidden from the outside world.
            pub fn semisecret(x: i32) -> i32  { x + J }
        }
    }
}

这种情况可以正常工作，但是，这里有个严重的问题：没有人能够十分清晰的说明 pub fn semiseret 使用到了哪些地方，需要通过上下文进行判断：

所有可以访问 semiseret 的模块；
在所有可以访问 semiseret 的模块中，是否存在 semiseret 的 re-export;

同时，如果在 a 中使用 pub use self::b::semisecret ，那么所有人都可以通过 use 访问 fn semiseret，但是实际上，这个函数只需要让 mod a 访问就可以了。

pub restricted 的使用

Syntax

old:

VISIBILITY ::= <empty> | `pub`

new:

VISIBILITY ::= <empty> | `pub` | `pub` `(` USE_PATH `)` | `pub` `(` `crate` `)`

pub(restriction) 意味着对 item，method，field等的定义加以可见范围（作用域）的限制。

可见范围（作用域）分为所有 crate (无限制)，当前 crate，当前 crate 中的子模块的绝对路径。被限制的东西不能在其限制范围之外直接使用。

pub 无明确指定意味着无限制；
pub(crate) 当前 crate 有效；
pub(in <path>) 在 <path> 表示的模块中有效。

修改示例

// Intent: `a` exports `I`, `bar`, and `foo`, but nothing else.
pub mod a {
    pub const I: i32 = 3;
    // `semisecret` will be used "many" places within `a`, but
    // is not meant to be exposed outside of `a`.
    // (`pub use` would be *rejected*; see Note 1 below)
    use self::b::semisecret;
    pub fn bar(z: i32) -> i32 { semisecret(I) * z }
    pub fn foo(y: i32) -> i32 { semisecret(I) + y }
    mod b {
        pub(in a) use self::c::semisecret;
        mod c {
            const J: i32 = 4; // J is meant to be hidden from the outside world.
            // `pub(in a)` means "usable within hierarchy of `mod a`, but not
            // elsewhere."
            pub(in a) fn semisecret(x: i32) -> i32  { x + J }
        }
    }
}

Note 1: 如果改成下面这种方式，编译器会报错:

pub mod a { [...] pub use self::b::semisecret; [...] }

因为 pub(in a) fn semisecret 说明这个函数只能在 a 中使用，不允许 pub 出 a 的范围。

限制字段示例

mod a {
    #[derive(Default)]
    struct Priv(i32);
    pub mod b {
        use a::Priv as Priv_a;
        #[derive(Default)]
        pub struct F {
            pub    x: i32,
                   y: Priv_a,
            pub(in a) z: Priv_a,
        }
        #[derive(Default)]
        pub struct G(pub i32, Priv_a, pub(in a) Priv_a);
        // ... accesses to F.{x,y,z} ...
        // ... accesses to G.{0,1,2} ...
    }
    // ... accesses to F.{x,z} ...
    // ... accesses to G.{0,2} ...
}
mod k {
    use a::b::{F, G};
    // ... accesses to F and F.x ...
    // ... accesses to G and G.0 ...
}

Crate 限制示例

Crate c1:

pub mod a {
    struct Priv(i32);
    pub(crate) struct R { pub y: i32, z: Priv } // ok: field allowed to be more public
    pub        struct S { pub y: i32, z: Priv }
    pub fn to_r_bad(s: S) -> R { ... } //~ ERROR: `R` restricted solely to this crate
    pub(crate) fn to_r(s: S) -> R { R { y: s.y, z: s.z } } // ok: restricted to crate
}
use a::{R, S}; // ok: `a::R` and `a::S` are both visible
pub use a::R as ReexportAttempt; //~ ERROR: `a::R` restricted solely to this crate

Crate c2:

extern crate c1;
use c1::a::S; // ok: `S` is unrestricted
use c1::a::R; //~ ERROR: `c1::a::R` not visible outside of its crate