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属性和编译器参数 - 属性

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2023-12-01

属性

属性（Attribute）是一种通用的用于表达元数据的特性，借鉴ECMA-334(C#)的语法来实现ECMA-335中描述的Attributes。属性只能应用于Item（元素、项），
例如 use 声明、模块、函数等。

元素

在Rust中，Item是Crate（库）的一个组成部分。它包括

  • extern crate声明
  • use声明
  • 模块（模块是一个Item的容器）
  • 函数
  • type定义
  • 结构体定义
  • 枚举类型定义
  • 常量定义
  • 静态变量定义
  • Trait定义
  • 实现（Impl）

这些Item是可以互相嵌套的，比如在一个函数中定义一个静态变量、在一个模块中使用use声明或定义一个结构体。这些定义在某个作用域里面的Item跟你把
它写到最外层作用域所实现的功能是一样的，只不过你要访问这些嵌套的Item就必须使用路径（Path），如a::b::c。但一些外层的Item不允许你使用路径去
访问它的子Item，比如函数，在函数中定义的静态变量、结构体等，是不可以通过路径来访问的。

属性的语法

属性的语法借鉴于C#，看起来像是这样子的

  1. #[name(arg1, arg2 = "param")]

它是由一个#开启，后面紧接着一个[]，里面便是属性的具体内容，它可以有如下几种写法：

  • 单个标识符代表的属性名，如#[unix]
  • 单个标识符代表属性名，后面紧跟着一个=，然后再跟着一个字面量（Literal），组成一个键值对，如#[link(name = "openssl")]
  • 单个标识符代表属性名，后面跟着一个逗号隔开的子属性的列表，如#[cfg(and(unix, not(windows)))]

在#后面还可以紧跟一个!，比如#![feature(box_syntax)]，这表示这个属性是应用于它所在的这个Item。而如果没有!则表示这个属性仅应用于紧接着的那个Item。

例如：

  1. // 为这个crate开启box_syntax这个新特性
  2. #![feature(box_syntax)]
  4. // 这是一个单元测试函数
  5. #[test]
  6. fn test_foo() {
  7.     /* ... */
  8. }
  10. // 条件编译，只会在编译目标为Linux时才会生效
  11. #[cfg(target_os="linux")]
  12. mod bar {
  13.     /* ... */
  14. }
  16. // 为以下的这个type定义关掉non_camel_case_types的编译警告
  17. #[allow(non_camel_case_types)]
  18. type int8_t = i8;

应用于Crate的属性

  • crate_name - 指定Crate的名字。如#[crate_name = "my_crate"]则可以让编译出的库名字为libmy_crate.rlib。

  • crate_type - 指定Crate的类型，有以下几种选择

    • "bin" - 编译为可执行文件；
    • "lib" - 编译为库；
    • "dylib" - 编译为动态链接库；
    • "staticlib" - 编译为静态链接库；
    • "rlib" - 编译为Rust特有的库文件，它是一种特殊的静态链接库格式，它里面会含有一些元数据供编译器使用，最终会静态链接到目标文件之中。

    例#![crate_type = "dylib"]。

  • feature - 可以开启一些不稳定特性，只可在nightly版的编译器中使用。
  • no_builtins - 去掉内建函数。
  • no_main- 不生成main这个符号，当你需要链接的库中已经定义了main函数时会用到。
  • no_start - 不链接自带的native库。
  • no_std - 不链接自带的std库。

  • plugin - 加载编译器插件，一般用于加载自定义的编译器插件库。用法是

    1. // 加载foo, bar两个插件
    2. #![plugin(foo, bar)]
    3. // 或者给插件传入必要的初始化参数
    4. #![plugin(foo(arg1, arg2))]

  • recursive_limit - 设置在编译期最大的递归层级。比如自动解引用、递归定义的宏等。默认设置是#![recursive_limit = "64"]

应用于模块的属性

  • no_implicit_prelude - 取消自动插入use std::prelude::*。

  • path - 设置此mod的文件路径。

    如声明mod a;，则寻找

    • 本文件夹下的a.rs文件
    • 本文件夹下的a/mod.rs文件
    1. #[cfg(unix)]
    2. #[path = "sys/unix.rs"]
    3. mod sys;
    5. #[cfg(windows)]
    6. #[path = "sys/windows.rs"]
    7. mod sys;

应用于函数的属性

  • main - 把这个函数作为入口函数，替代fn main，会被入口函数（Entry Point）调用。
  • plugin_registrar - 编写编译器插件时用，用于定义编译器插件的入口函数。
  • start - 把这个函数作为入口函数（Entry Point），改写 start language item。
  • test - 指明这个函数为单元测试函数，在非测试环境下不会被编译。
  • should_panic - 指明这个单元测试函数必然会panic。
  • cold - 指明这个函数很可能是不会被执行的，因此优化的时候特别对待它。
  1. // 把`my_main`作为主函数
  2. #[main]
  3. fn my_main() {
  5. }
  7. // 把`plugin_registrar`作为此编译器插件的入口函数
  8. #[plugin_registrar]
  9. pub fn plugin_registrar(reg: &mut Registry) {
  10.     reg.register_macro("rn", expand_rn);
  11. }
  13. // 把`entry_point`作为入口函数，不再执行标准库中的初始化流程
  14. #[start]
  15. fn entry_point(argc: isize, argv: *const *const u8) -> isize {
  17. }
  19. // 定义一个单元测试
  20. // 这个单元测试一定会panic
  21. #[test]
  22. #[should_panic]
  23. fn my_test() {
  24.     panic!("I expected to be panicked");
  25. }
  27. // 这个函数很可能是不会执行的，
  28. // 所以优化的时候就换种方式
  29. #[cold]
  30. fn unlikely_to_be_executed() {
  32. }

应用于全局静态变量的属性

  • thread_local - 只可用于static mut，表示这个变量是thread local的。

应用于FFI的属性

extern块可以应用以下属性

  • link_args - 指定链接时给链接器的参数，平台和实现相关。

  • link - 说明这个块需要链接一个native库，它有以下参数：

    • name - 库的名字，比如libname.a的名字是name；
    • kind - 库的类型，它包括
      • dylib - 动态链接库
      • static - 静态库
      • framework - OS X里的Framework
    1. #[link(name = "readline")]
    2. extern {
    4. }
    6. #[link(name = "CoreFoundation", kind = "framework")]
    7. extern {
    9. }

在extern块里面，可以使用

  • link_name - 指定这个链接的外部函数的名字或全局变量的名字；
  • linkage - 对于全局变量，可以指定一些LLVM的链接类型（ http://llvm.org/docs/LangRef.html#linkage-types ）。

对于enum类型，可以使用

  • repr - 目前接受C，C表示兼容C ABI。
  1. #[repr(C)]
  2. enum eType {
  3.     Operator,
  4.     Indicator,
  5. }

对于struct类型，可以使用

  • repr - 目前只接受C和packed，C表示结构体兼容C ABI，packed表示移除字段间的padding。

用于宏的属性

  • macro_use - 把模块或库中定义的宏导出来

    • 应用于mod上，则把此模块内定义的宏导出到它的父模块中

    • 应用于extern crate上，则可以接受一个列表，如

      1. #[macro_use(debug, trace)]
      2. extern crate log;

      则可以只导入列表中指定的宏，若不指定则导入所有的宏。

  • macro_reexport - 应用于extern crate上，可以再把这些导入的宏再输出出去给别的库使用。

  • macro_export - 应于在宏上，可以使这个宏可以被导出给别的库使用。

  • no_link - 应用于extern crate上，表示即使我们把它里面的库导入进来了，但是不要把这个库链接到目标文件中。

其它属性

  • export_function - 用于静态变量或函数，指定它们在目标文件中的符号名。

  • link_section - 用于静态变量或函数，表示应该把它们放到哪个段中去。

  • no_mangle - 可以应用于任意的Item，表示取消对它们进行命名混淆，直接把它们的名字作为符号写到目标文件中。

  • simd - 可以用于元组结构体上，并自动实现了数值运算符，这些操作会生成相应的SIMD指令。

  • doc - 为这个Item绑定文档，跟///的功能一样，用法是

    1. #[doc = "This is a doc"]
    2. struct Foo {}

条件编译

有时候，我们想针对不同的编译目标来生成不同的代码，比如在编写跨平台模块时，针对Linux和Windows分别使用不同的代码逻辑。

条件编译基本上就是使用cfg这个属性，直接看例子

  1. #[cfg(target_os = "macos")]
  2. fn cross_platform() {
  3.     // Will only be compiled on Mac OS, including Mac OS X
  4. }
  6. #[cfg(target_os = "windows")]
  7. fn cross_platform() {
  8.     // Will only be compiled on Windows
  9. }
  11. // 若条件`foo`或`bar`任意一个成立，则编译以下的Item
  12. #[cfg(any(foo, bar))]
  13. fn need_foo_or_bar() {
  15. }
  17. // 针对32位的Unix系统
  18. #[cfg(all(unix, target_pointer_width = "32"))]
  19. fn on_32bit_unix() {
  21. }
  23. // 若`foo`不成立时编译
  24. #[cfg(not(foo))]
  25. fn needs_not_foo() {
  27. }

其中，cfg可接受的条件有

  • debug_assertions - 若没有开启编译优化时就会成立。

  • target_arch = "..." - 目标平台的CPU架构，包括但不限于x86, x86_64, mips, powerpc, arm或aarch64。

  • target_endian = "..." - 目标平台的大小端，包括big和little。

  • target_env = "..." - 表示使用的运行库，比如musl表示使用的是MUSL的libc实现, msvc表示使用微软的MSVC，gnu表示使用GNU的实现。
    但在部分平台这个数据是空的。

  • target_family = "..." - 表示目标操作系统的类别，比如windows和unix。这个属性可以直接作为条件使用，如#[unix]，#[cfg(unix)]。

  • target_os = "..." - 目标操作系统，包括但不限于windows, macos, ios, linux, android, freebsd, dragonfly, bitrig, openbsd, netbsd。

  • target_pointer_width = "..." - 目标平台的指针宽度，一般就是32或64。

  • target_vendor = "..." - 生产商，例如apple, pc或大多数Linux系统的unknown。

  • test - 当启动了单元测试时（即编译时加了--test参数，或使用cargo test）。

还可以根据一个条件去设置另一个条件，使用cfg_attr，如

  1. #[cfg_attr(a, b)]

这表示若a成立，则这个就相当于#[cfg(b)]。

条件编译属性只可以应用于Item，如果想应用在非Item中怎么办呢？可以使用cfg!宏，如

  1. if cfg!(target_arch = "x86") {
  3. } else if cfg!(target_arch = "x86_64") {
  5. } else if cfg!(target_arch = "mips") {
  7. } else {
  9. }

这种方式不会产生任何运行时开销，因为不成立的条件相当于里面的代码根本不可能被执行，编译时会直接被优化掉。

Linter参数

目前的Rust编译器已自带的Linter，它可以在编译时静态帮你检测不用的代码、死循环、编码风格等等。Rust提供了一系列的属性用于控制Linter的行为

  • allow(C) - 编译器将不会警告对于C条件的检查错误。
  • deny(C) - 编译器遇到违反C条件的错误将直接当作编译错误。
  • forbit(C) - 行为与deny(C)一样，但这个将不允许别人使用allow(C)去修改。
  • warn(C) - 编译器将对于C条件的检查错误输出警告。

编译器支持的Lint检查可以通过执行rustc -W help来查看。

内联参数

内联函数即建议编译器可以考虑把整个函数拷贝到调用者的函数体中，而不是生成一个call指令调用过去。这种优化对于短函数非常有用，有利于提高性能。

编译器自己会根据一些默认的条件来判断一个函数是不是应该内联，若一个不应该被内联的函数被内联了，实际上会导致整个程序更慢。

可选的属性有：

  • #[inline] - 建议编译器内联这个函数
  • #[inline(always)] - 要求编译器必须内联这个函数
  • #[inline(never)] - 要求编译器不要内联这个函数

内联会导致在一个库里面的代码被插入到另一个库中去。

自动实现Trait

编译器提供一个编译器插件叫作derive，它可以帮你去生成一些代码去实现（impl）一些特定的Trait，如

  1. #[derive(PartialEq, Clone)]
  2. struct Foo<T> {
  3.     a: i32,
  4.     b: T,
  5. }

编译器会自动为你生成以下的代码

  1. impl<T: PartialEq> PartialEq for Foo<T> {
  2.     fn eq(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
  3.         self.a == other.a && self.b == other.b
  4.     }
  6.     fn ne(&self, other: &Foo<T>) -> bool {
  7.         self.a != other.a || self.b != other.b
  8.     }
  9. }
  11. impl<T: Clone> Clone for Foo<T> {
  12.     fn clone(&self) -> Foo<T> {
  13.         Foo {
  14.             a: self.a.clone(),
  15.             b: self.b.clone(),
  16.         }
  17.     }
  18. }

目前derive仅支持标准库中部分的Trait。

编译器特性

在非稳定版的Rust编译器中，可以使用一些不稳定的功能，比如一些还在讨论中的新功能、正在实现中的功能等。Rust编译器提供一个应用于Crate的属性feature来启用这些不稳定的功能，如

  1. #![feature(advanced_slice_patterns, box_syntax, asm)]

具体可使用的编译器特性会因编译器版本的发布而不同，具体请阅读官方文档。

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