Rust 中的 mod (模块)

川长思鸟来 2022-11-29 12:40 503阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  起步
 *  mod 关键字
 *  crate、self、super、use
 *   *  crate
     *  self
     *  super
     *  use
 *  拆分到多文件
 *  感谢

# 起步 #

初看《Rust 程序设计语言》第七章的模块管理时，完全有不知所云之感。看完就“懵”住，也不晓得 `mod` 要怎么用。上 B 站找相关视频，稍解惑，却未细讲单个文件如何拆分到多个文件。最后在 github 找到 rust 语言编写的项目，方如梦初醒。

我很喜欢这种一致性设计，也就简单说一下。

# mod 关键字 #

在 rust 中，**可用 mod 关键字划分代码作用域**，使代码结构清晰。

mod 的基本使用：

// 学校
    mod school {
        // 教师
        mod teacher {
            fn num() -> i32 {  // 返回教师人数
                5
            }
        }
        // 学生
        mod student {
            fn num() -> i32 {  // 返回学生人数
                120
            }
        }
    }

上述示例代码就是一个层次清晰的树状结构。`mod [module_name] { ... }` 会划出一个代码块，将一类你认为可以放在一起的**项**放在一起。

> Rust 中的项：函数、方法、结构体、枚举、模块和常量。

要使用模块中的函数，可用`::`符号作为路径分割符。比方你要获取学校中教师的数量，代码可以如下：

school::teacher::num();

--------------------

事实上，你想在 main 函数中使用 `school::teacher::num()` 是会编译出错的，你会得到：“this module is private”。**mod 会在控制作用域的同时，控制私有性**。默认情况下，模块中的内容均为私有，对外不可见。`pub` 关键字可改变这种默认行为。

mod school {
        // 对外可见
        pub mod teacher {
            pub fn num() -> i32 {
                5
            }
        }
    
        // 对外不可见
        mod student {
            fn num() -> i32 {
                120
            }
        }
        
        // classroom 模块对外可见
        pub mod classroom {
            // num 函数对外不可见
            fn num() -> i32 {
                6
            }
        }
    }
    
    fn main() {
        // school::teacher::num() **可**正常使用
        let teacher_nums = school::teacher::num();
        println!("{}", teacher_nums);
    
        // school::student::num() **不可**正常使用
        // let teacher_nums = school::student::num();
    }

--------------------

**mod 还可以把 B 模块引入到 A 模块中**。如上述代码，teacher 模块直接写到 school 模块，teacher 理所当然就在 school 里。你也可以把子模块写到“世界各地”，再用 mod 把它们组合起来：

pub mod school {
        pub mod teacher;  // 或者 mod teacher;
        pub mod student;  // 或者 mod student;
    }
    
    pub mod teacher {
        // ...
    }
    
    pub mod student {
        // ...
    }

# crate、self、super、use #

就像你看到的，school::teacher::num 很像一个路径（school\\teacher\\num），通过这种路径我们就能找到模块里的项。Rust 在这里的设计跟文件系统差不错，也有会**绝对路径**和**相对路径**的概念。

*  绝对路径：从 crate 根开始，以 crate 名 或者 字面值 crate 开头。
 *  相对路径：从当前模块开始，以 self、super 或当前模块的标识符开头。

## crate ##

先从最简单的 main.rs 文件开始：

pub mod school {
        // 教师
        pub mod teacher {
            pub fn num() -> i32 { 5 }
    
            pub fn average_students() -> i32 {
                // 计算一个教师平均教授的学生数量
                crate::school::student::num() / crate::school::teacher::num()  // crate
            }
        }
        // 学生
        pub mod student {
            pub fn num() -> i32 { 120 }
        }
    }
    
    fn main() {
        let avg = crate::school::teacher::average_students();  // crate
        println!("{}", avg)
    }

可以看到的是，不论是 `num()` 函数还是 `average_students()` 函数，我们都从 `crate::` 开始，也就是“根”开始，类似于文件系统中的 `/` （`/proc`, `/etc`……）。作为**二进制** crate，main.rs 文件就是它的根。

上述用法就是 **“字面值 crate 开头”** 的意思。

## self ##

`self` 你可以理解为文件系统中的 `.`，表示当前路径，如：`cd ./project/src`，`ls ./project/target`。所以上述代码可以用 `self` 把 `crate` 替换掉：

pub mod school {
        // 教师
        pub mod teacher {
            pub fn num() -> i32 { 5 }
    
            pub fn average_students() -> i32 {
                // 计算一个教师平均教授的学生数量
                crate::school::student::num() / self::num()  // self
            }
        }
        // 学生
        pub mod student {
            pub fn num() -> i32 { 120 }
        }
    }
    
    fn main() {
        let avg = self::school::teacher::average_students();  // self
        println!("{}", avg)
    }

*  说明：从“当前路径”无法访问到 student 模块中的 num() 函数，这里仍用 crate 的绝对路径表示。

正如文件系统中当前路径 `.` 可以省略，`self` 也能被省略。

pub mod school {
        // 教师
        pub mod teacher {
            pub fn num() -> i32 { 5 }
    
            pub fn average_students() -> i32 {
                // 计算一个教师平均教授的学生数量
                crate::school::student::num() / num()  // self
            }
        }
        // 学生
        pub mod student {
            pub fn num() -> i32 { 120 }
        }
    }
    
    fn main() {
        let avg = school::teacher::average_students();  // self
        println!("{}", avg)
    }

## super ##

在做路径切换时，我们还会常用 `cd ..` 跳到父级目录，`super` 的作用就和 `..` 类似。

代码：

crate::school::student::num() / num()

可以修改为：

super::student::num() / num()

这里的 `super` 表示 **teacher** 模块的父模块 **school**。

## use ##

当我们不得不使用绝对路径，但绝对路径又太长时，可以用 `use` 关键字把名称引入作用域。

比方：

pub fn average_students() -> i32 {
        crate::school::student::num() / self::num()  
    }

可修改为：

pub fn average_students() -> i32 {
        use crate::school::student;
        student::num() / num()  
    }

甚至还可以用 `use ... as ...` 对项重命名：

pub fn average_students() -> i32 {
        use crate::school::student::num as student_num;
        student_num() / num()
    }

# 拆分到多文件 #

最开头我说“喜欢这种一致性设计”，是因为在 Rust 中，多文件中的代码引入方式与 mod 关键字基本类似。这很有意思，有效降低了使用者的学习成本。

mod school {
        mod teacher {
            // ...
        }
        mod student {
    	    // ...
        }
    }

还拿之前的模块结构为例，现在把上述代码拆分到多个文件，我们很容易想到的方式是：

// (school/teacher.rs)
    
    // 返回教师的总数
    pub fn num() -> i32 { 5 }
    
    // 计算一个教师平均教授的学生数量
    pub fn average_students() -> i32 {
        use crate::school::student::num as student_num;
        student_num() / num()
    }

// (school/student.rs)
    
    
    // 返回学生的总数
    pub fn num() -> i32 { 120 }

这个时候你想在 main.rs 文件中调用 average\_students() 函数就不行了。Rust 会将一个 xxx.rs 文件默认为一个模块，但是普通的文件夹不能被 Rust 编译器识别。当文件夹下有 **mod.rs** 文件时，该文件夹才能被识别为模块。

此时模块 teacher 、模块 student 与模块 school 还没有直接关系，需要在 mod.rs 文件中引入 teacher 和 student。

// (school/mod.rs)
    
    pub mod teacher;
    pub mod student;

现在 main.rs 文件就可以正常调用 average\_students() 函数：

// (main.rs)
    
    mod school;  // 将 school 模块引入到 crate root 中
    
    fn main() {
        let avg = school::teacher::average_students();
        println!("{}", avg)
    }

正如你看到的，不论是单个文件还是在多个文件，**模块**的行为完全一致。

# 感谢 #

*  [《Rust 程序设计语言 简体中文版 - 使用包、Crate和模块管理不断增长的项目》][Rust _ _ - _Crate]
 *  [Rust 让你从入门到 Rua Rua][Rust _ Rua Rua] （视频）

[Rust _ _ - _Crate]: http://120.78.128.153/rustbook/ch07-00-managing-growing-projects-with-packages-crates-and-modules.html
[Rust _ Rua Rua]: https://www.bilibili.com/video/BV1yk4y197EK?t=363