包和模块

Rust 提供了相应概念用于代码的组织管理：

• 项目(Packages)：一个 Cargo 提供的 feature，可以用来构建、测试和分享包
• 包(Crate)：一个由多个模块组成的树形结构，可以作为三方库进行分发，也可以生成可执行文件进行运行
• 模块(Module)：可以一个文件多个模块，也可以一个文件一个模块，模块可以被认为是真实项目中的代码组织单元
• 工作空间(WorkSpace)：对于大型项目，可以进一步将多个包联合在一起，组织成工作空间

包 Crate

对于 Rust 而言，包是一个独立的可编译单元，它编译后会生成一个可执行文件或者一个库。

由于 Package 就是一个项目，因此它包含有独立的 Cargo.toml 文件，以及因为功能性被组织在一起的一个或多个包。一个 Package 只能包含一个库(library)类型的包，但是可以包含多个二进制可执行类型的包。

创建一个二进制 Package：

$ cargo new my-project
     Created binary (application) `my-project` package
$ ls my-project
Cargo.toml
src
$ ls my-project/src
main.rs

这里，Cargo 创建了一个名称是 my-project 的 Package，同时在其中创建了 Cargo.toml 文件，可以看一下该文件，里面并没有提到 src/main.rs 作为程序的入口，原因是 Cargo 有一个惯例：src/main.rs 是二进制包的根文件，该二进制包的包名跟所属 Package 相同，在这里都是 my-project，所有的代码执行都从该文件中的 fn main() 函数开始。

使用 cargo run 可以运行该项目，输出：Hello, world!。

​ 再来创建一个库类型的 Package：

$ cargo new my-lib --lib
     Created library `my-lib` package
$ ls my-lib
Cargo.toml
src
$ ls my-lib/src
lib.rs

首先，如果你试图运行 my-lib，会报错：

$ cargo run
error: a bin target must be available for `cargo run`

原因是库类型的 Package 只能作为三方库被其它项目引用，而不能独立运行，只有之前的二进制 Package 才可以运行。

Rust 的标准目录结构

一个真实项目中典型的 Package，会包含多个二进制包，这些包文件被放在 src/bin 目录下，每一个文件都是独立的二进制包，同时也会包含一个库包，该包只能存在一个 src/lib.rs：

.
├── Cargo.toml
├── Cargo.lock
├── src
│   ├── main.rs
│   ├── lib.rs
│   └── bin
│       └── main1.rs
│       └── main2.rs
├── tests
│   └── some_integration_tests.rs
├── benches
│   └── simple_bench.rs
└── examples
    └── simple_example.rs

• 唯一库包：src/lib.rs
• 默认二进制包：src/main.rs，编译后生成的可执行文件与 Package 同名
• 其余二进制包：src/bin/main1.rs 和 src/bin/main2.rs，它们会分别生成一个文件同名的二进制可执行文件
• 集成测试文件：tests 目录下
• 基准性能测试 benchmark 文件：benches 目录下
• 项目示例：examples 目录下

模块 Module

模块是Rust的代码构成单元。使用模块可以将包中的代码按照功能性进行重组，最终实现更好的可读性及易用性。同时，我们还能非常灵活地去控制代码的可见性，进一步强化 Rust 的安全性。

• 使用 mod 关键字来创建新模块，后面紧跟着模块名称
• 模块可以嵌套，这里嵌套的原因是招待客人和服务都发生在前厅，因此我们的代码模拟了真实场景
• 模块中可以定义各种 Rust 类型，例如函数、结构体、枚举、特征等
• 所有模块均定义在同一个文件中

用路径引用模块

两种引用模块的路径：

• 绝对路径，从包根开始，路径名以包名或者 crate 作为开头
• 相对路径，从当前模块开始，以 self，super 或当前模块的标识符作为开头

Rust 出于安全的考虑，默认情况下，所有的类型都是私有化的，包括函数、方法、结构体、枚举、常量，就连模块本身也是私有化的。父模块完全无法访问子模块中的私有项，但是子模块却可以访问父模块、父父…模块的私有项。

Rust 提供了 pub 关键字，通过它可以控制模块和模块中指定项的可见性。

使用super引用模块

super 代表的是父模块为开始的引用方式，非常类似于文件系统中的 .. 语法

fn serve_order() {}

mod back_of_house {
    fn fix_incorrect_order() {
        cook_order();
        super::serve_order();
    }

    fn cook_order() {}
}

使用self引用模块

self 其实就是引用自身模块中的项，也就是说和我们之前章节的代码类似，都调用同一模块中的内容

结构体和枚举的可见性

结构体和枚举成员字段拥有完全不同的可见性：

• 将结构体设置为 pub，但它的所有字段依然是私有的
• 将枚举设置为 pub，它的所有字段也将对外可见

使用 use 引入模块及受限可见性

在 Rust 中，可以使用 use 关键字把路径提前引入到当前作用域中，随后的调用就可以省略该路径，极大地简化了代码。

基本引入方式

在 Rust 中，引入模块中的项有两种方式：绝对路径和相对路径

绝对路径引入模块

mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {}
    }
}

use crate::front_of_house::hosting;

pub fn eat_at_restaurant() {
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
}

相对路径引入模块中的函数

在下面代码中，我们不仅要使用相对路径进行引入，而且与上面引入 hosting 模块不同，直接引入该模块中的 add_to_waitlist 函数：

mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {}
    }
}

use front_of_house::hosting::add_to_waitlist;

pub fn eat_at_restaurant() {
    add_to_waitlist();
    add_to_waitlist();
}

从使用简洁性来说，引入函数自然是更甚一筹，但是在某些时候，引入模块会更好：

• 需要引入同一个模块的多个函数
• 作用域中存在同名函数

在以上两种情况中，使用 use front_of_house::hosting 引入模块要比 use front_of_house::hosting::add_to_waitlist; 引入函数更好。

例如，如果想使用 HashMap，那么直接引入该结构体是比引入模块更好的选择，因为在 collections 模块中，我们只需要使用一个 HashMap 结构体：

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut map = HashMap::new();
    map.insert(1, 2);
}

其实严格来说，对于引用方式并没有需要遵守的惯例，不过建议优先使用最细粒度(引入函数、结构体等)的引用方式，如果引起了某种麻烦(例如前面两种情况)，再使用引入模块的方式。

避免同名引用

避免同名冲突的关键，就是使用父模块的方式来调用，除此之外，还可以通过as给予引入的项起一个别名，它可以赋予引入项一个全新的名称：

use std::fmt::Result;
use std::io::Result as IoResult;

fn function1() -> Result {
    // --snip--
}

fn function2() -> IoResult<()> {
    // --snip--
}

当外部的模块项 A 被引入到当前模块中时，它的可见性自动被设置为私有的，如果你希望允许其它外部代码引用我们的模块项 A，那么可以对它使用pub use进行再导出：use 代表引入模块到当前作用域，pub 表示将该引入的内容再度设置为可见。

注释和文档

在 Rust 中，注释分为三类：

• 代码注释，用于说明某一块代码的功能，读者往往是同一个项目的协作开发者
• 文档注释，支持 Markdown，对项目描述、公共 API 等用户关心的功能进行介绍，同时还能提供示例代码，目标读者往往是想要了解你项目的人
• 包和模块注释，严格来说这也是文档注释中的一种，它主要用于说明当前包和模块的功能，方便用户迅速了解一个项目

代码注释：行注释//，块注释/* ...... */

文档注释

Rust 提供了 cargo doc 的命令，可以用于把这些文档注释转换成 HTML 网页文件，最终展示给用户浏览，这样用户就知道这个包是做什么的以及该如何使用。

文档行注释///和文档块注释/** ...... */

注意：

• 文档注释需要位于 lib 类型的包中，例如 src/lib.rs 中
• 文档注释可以使用 markdown语法！例如 # Examples 的标题，以及代码块高亮
• 被注释的对象需要使用 pub 对外可见，记住：文档注释是给用户看的，内部实现细节不应该被暴露出去

运行 cargo doc 可以直接生成 HTML 文件，放入target/doc目录下。使用 cargo doc --open 命令，可以在生成文档后，自动在浏览器中打开网页。

常用文档标题：

• Panics：函数可能会出现的异常状况，这样调用函数的人就可以提前规避
• Errors：描述可能出现的错误及什么情况会导致错误，有助于调用者针对不同的错误采取不同的处理方式
• Safety：如果函数使用 unsafe 代码，那么调用者就需要注意一些使用条件，以确保 unsafe 代码块的正常工作

包和模块级别的注释

可以给包和模块添加注释，需要注意的是，这些注释要添加到包、模块的最上方。包级别的注释也分为两种：行注释 //! 和块注释 /*! ... */。

注释的一个例子

这个例子我们将重点应用几个知识点：

• 文档注释
• 一个项目可以包含两个包：二进制可执行包和 lib 包（库包），它们的包根分别是 src/main.rs 和 src/lib.rs
• 在二进制包中引用 lib 包
• 使用 pub use 再导出 API，并观察文档

首先，使用 cargo new art 创建一个 Package art：

Created binary (application) `art` package

系统提示我们创建了一个二进制 Package，该 Package 包含一个同名的二进制包：包名为 art，包根为 src/main.rs，该包可以编译成二进制然后运行。

现在，在 src 目录下创建一个 lib.rs 文件，创建该文件等于又创建了一个库类型的包，包名也是 art，包根为 src/lib.rs，该包是是库类型的，因此往往作为依赖库被引入。

将以下内容添加到 src/lib.rs 中：

//! # Art
//!
//!  未来的艺术建模库，现在的调色库

pub use self::kinds::PrimaryColor;
pub use self::kinds::SecondaryColor;
pub use self::utils::mix;

pub mod kinds {
    //! 定义颜色的类型

    /// 主色
    pub enum PrimaryColor {
        Red,
        Yellow,
        Blue,
    }

    /// 副色
    #[derive(Debug,PartialEq)]
    pub enum SecondaryColor {
        Orange,
        Green,
        Purple,
    }
}

pub mod utils {
    //! 实用工具，目前只实现了调色板
    use crate::kinds::*;

    /// 将两种主色调成副色
    /// ```rust
    /// use art::utils::mix;
    /// use art::kinds::{PrimaryColor,SecondaryColor};
    /// assert!(matches!(mix(PrimaryColor::Yellow, PrimaryColor::Blue), SecondaryColor::Green));
    /// ```
    pub fn mix(c1: PrimaryColor, c2: PrimaryColor) -> SecondaryColor {
        SecondaryColor::Green
    }
}

在库包的包根 src/lib.rs 下，我们又定义了几个子模块，同时将子模块中的三个项通过 pub use 进行了再导出。

接着，将下面内容添加到 src/main.rs 中：

use art::kinds::PrimaryColor;
use art::utils::mix;

fn main() {
    let blue = PrimaryColor::Blue;
    let yellow = PrimaryColor::Yellow;
    println!("{:?}",mix(blue, yellow));
}

在二进制可执行包的包根 src/main.rs 下，我们引入了库包 art 中的模块项，同时使用 main 函数作为程序的入口，该二进制包可以使用 cargo run 运行：

Green

至此，库包完美提供了用于调色的 API，二进制包引入这些 API 完美的实现了调色并打印输出。

最后，再来看看文档长啥样：

格式化输出

先来一段代码，看看格式化输出的初印象：

println!("Hello");                 // => "Hello"
println!("Hello, {}!", "world");   // => "Hello, world!"
println!("The number is {}", 1);   // => "The number is 1"
println!("{:?}", (3, 4));          // => "(3, 4)"
println!("{value}", value=4);      // => "4"
println!("{} {}", 1, 2);           // => "1 2"
println!("{:04}", 42);             // => "0042" with leading zeros

可以看到 println! 宏接受的是可变参数，第一个参数是一个字符串常量，它表示最终输出字符串的格式，包含其中形如 {} 的符号是占位符，会被 println! 后面的参数依次替换。

• print! 将格式化文本输出到标准输出，不带换行符
• println! 同上，但是在行的末尾添加换行符
• format! 将格式化文本输出到 String 字符串

在实际项目中，最常用的是 println! 及 format!，前者常用来调试输出，后者常用来生成格式化的字符串：

fn main() {
    let s = "hello";
    println!("{}, world", s);
    let s1 = format!("{}, world", s);
    print!("{}", s1);
    print!("{}\n", "!");
}

其中，s1 是通过 format! 生成的 String 字符串，最终输出如下：

hello, world
hello, world!

与 {} 类似，{:?} 也是占位符：

• {} 适用于实现了 std::fmt::Display 特征的类型，用来以更优雅、更友好的方式格式化文本，例如展示给用户
• {:?} 适用于实现了 std::fmt::Debug 特征的类型，用于调试场景

大多数 Rust 类型都实现了 Debug 特征或者支持派生该特征：

#[derive(Debug)]
struct Person {
    name: String,
    age: u8
}

fn main() {
    let i = 3.1415926;
    let s = String::from("hello");
    let v = vec![1, 2, 3];
    let p = Person{name: "sunface".to_string(), age: 18};
    println!("{:?}, {:?}, {:?}, {:?}", i, s, v, p);
}

对于数值、字符串、数组，可以直接使用 {:?} 进行输出，但是对于结构体，需要派生Debug特征后，才能进行输出，总之很简单。

常用格式：

对齐

fn main() {
    // 以下全部都会补齐5个字符的长度
    // 左对齐 => Hello x    !
    println!("Hello {:<5}!", "x");
    // 右对齐 => Hello     x!
    println!("Hello {:>5}!", "x");
    // 居中对齐 => Hello   x  !
    println!("Hello {:^5}!", "x");

    // 对齐并使用指定符号填充 => Hello x&&&&!
    // 指定符号填充的前提条件是必须有对齐字符
    println!("Hello {:&<5}!", "x");
}

精度

精度可以用于控制浮点数的精度或者字符串的长度

fn main() {
    let v = 3.1415926;
    // 保留小数点后两位 => 3.14
    println!("{:.2}", v);
    // 带符号保留小数点后两位 => +3.14
    println!("{:+.2}", v);
    // 不带小数 => 3
    println!("{:.0}", v);
    // 通过参数来设定精度 => 3.1416，相当于{:.4}
    println!("{:.1$}", v, 4);

    let s = "hi我是Sunface孙飞";
    // 保留字符串前三个字符 => hi我
    println!("{:.3}", s);
    // {:.*}接收两个参数，第一个是精度，第二个是被格式化的值 => Hello abc!
    println!("Hello {:.*}!", 3, "abcdefg");
}

进制

可以使用 # 号来控制数字的进制输出：

• #b, 二进制
• #o, 八进制
• #x, 小写十六进制
• #X, 大写十六进制
• x, 不带前缀的小写十六进制

fn main() {
    // 二进制 => 0b11011!
    println!("{:#b}!", 27);
    // 八进制 => 0o33!
    println!("{:#o}!", 27);
    // 十进制 => 27!
    println!("{}!", 27);
    // 小写十六进制 => 0x1b!
    println!("{:#x}!", 27);
    // 大写十六进制 => 0x1B!
    println!("{:#X}!", 27);

    // 不带前缀的十六进制 => 1b!
    println!("{:x}!", 27);

    // 使用0填充二进制，宽度为10 => 0b00011011!
    println!("{:#010b}!", 27);
}