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 publet func_block = &func.block; // { some statement or expression here }let func_decl = func.sig;let func_name = &func_decl.ident;  // function namelet 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_blockprintln!("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

另 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 syn 和 quote，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/