Xed编辑器开发第一期:使用Rust从0到1写一个文本编辑器

news2024/11/14 15:20:56
  • 这是一个使用Rust实现的轻量化文本编辑器。
  • 学过Rust的都知道，Rust 从入门到实践中间还隔着好几个Go语言的难度，因此，如果你也正在学习Rust,那么恭喜你，这个项目被你捡到了。
  • 本项目内容较多，大概会分三期左右陆续发布，欢迎关注！

1. 第一篇

本系列教程默认你已经配置了Rust开发环境并具有一定的rust基础。所以直接从项目创建开始讲解；

使用下面的命令创建项目

  • 项目创建
cargo new xed
  • 运行程序
cargo run

如果成功输出Hello World表示项目基本功能正常，本章节完！

2. 第二篇

2.1 读取用户输入

现在修改main.rs，尝试读取用户的输入，你可以随时按下Ctrl + c终止程序；

use std::io;
use std::io::Read;
fn main() {
    let mut buf = [0; 1];
    while io::stdin().read(&mut buf).expect("Failed to read line") == 1 {}
}
  • 这里的内容不多，主要涉及到io的基本操作，所以导包是必要的；
  • 第4行创建了一个可变的buf数组，长度为1，初始值为0;
  • io::stdin().read(&mut buf) 尝试从标准输入流中读取数据，并将其存储在 buf 中。read 方法返回一个 Result 类型，其中包含读取的字节数或一个错误。
  • 所以expect("Failed to read line") 用于处理可能出现的错误情况。如果读取失败，程序将打印出 “Failed to read line” 作为错误信息并终止程序。
  • 最后的==1检查读取的字节数是否为1，否则结束循环；

2.2 实现q命令

本小节实现基本功能:用户输入q按下回车执行退出程序的操作。

use std::io;
use std::io::Read;
fn main() {
    let mut buf = [0; 1];
    while io::stdin().read(&mut buf).expect("Failed to read line") == 1 && buf !=[b'q'] {}
}
  • 程序会检查buf中输入的每一个字符，如果与q相同，就会结束程序；

在 Rust 中，[b'q'] 是一个字节字符串字面量，表示一个包含单个字节 q 的字节数组。

  1. [b'q']：

    • b'q' 是 Rust 中的字节字面量，表示一个字节，即 ASCII 字符 'q' 对应的字节值。
    • 在 Rust 中，使用 b 前缀可以将字符转换为对应的字节值。这种表示方式常用于处理字节数据。

  2. 字节值和字符映射：

    • 在 ASCII 编码中，每个字符都有一个对应的字节值。在 ASCII 编码中，字符 'q' 对应的字节值是 113。
    • 使用 b'q' 可以直接表示这个字节值，而 [b'q'] 则将这个字节值包装在一个长度为 1 的字节数组中。

因此，[b'q'] 表示一个包含单个字节值为 113（即 ASCII 字符 'q' 对应的字节值）的字节数组。在上下文中，buf != [b'q'] 的条件判断将检查 buf 中存储的字节是否不等于 'q' 对应的字节值，即检查输入的数据是否不是 'q'。

  • 等价写法:buf[0] != b'q'

2.3 常规模式与原始模式

上面的情况就是常规模式，也就是程序启动后终端可以正常监听并回显你输入的内容；

而这里说的原始模式的作用和常规模式相反，我们这里可以直接使用crossterm库来实现，添加依赖：

cargo add crossterm

use std::io;
use std::io::Read;
use crossterm::terminal; // 添加依赖
fn main() {
    terminal::enable_raw_mode().expect("Could not run on Raw mode"); // 开启原始模式
    let mut buf = [0; 1];
    while io::stdin().read(&mut buf).expect("Failed to read line") == 1 && buf != [b'q'] {}
}

现在如果你运行程序，你的输入在终端并没有任何回显，并且当你输入q的时候也是直接无提示的退出程序，这就是crossterm帮我们实现的原始模式的基本功能；

如果要禁用原始模式，考虑下面的代码，最后一行就是禁用这个模式的逻辑；

use crossterm::terminal; /* add this line */
use std::io;
use std::io::Read;
fn main() {
    terminal::enable_raw_mode().expect("Could not turn on Raw mode");
    let mut buf = [0; 1];
    while io::stdin().read(&mut buf).expect("Failed to read line") == 1 && buf != [b'q'] {}
    terminal::disable_raw_mode().expect("Could not turn off raw mode"); /* add this line */
}

但是这样运行后会出现一个错误：

当在 terminal::enable_raw_mode() 之后的函数中发生错误并导致 panic 时，disable_raw_mode() 将不会被调用，导致终端保持在原始模式。这种情况可能会导致程序结束时终端状态不正确，用户体验受到影响。

所以为了解决这个问题，让我们创建 一个 名为 CleanUp的struct;

struct CleanUp;

impl Drop for CleanUp {
    fn drop(&mut self) {
        terminal::disable_raw_mode().expect("Could not disable raw mode");
    }
}

然后修改原来的代码：

use crossterm::terminal; // 添加依赖
use std::io;
use std::io::Read;
struct CleanUp;

impl Drop for CleanUp {
    fn drop(&mut self) {
        terminal::disable_raw_mode().expect("Could not disable raw mode");
    }
}

fn main() {
    let _clean_up = CleanUp; // 看这里
    terminal::enable_raw_modde().expect("Could not run on Raw mode"); // 开启原始模式
    let mut buf = [0; 1];
    while io::stdin().read(&mut buf).expect("Failed to read line") == 1 && buf != [b'q'] {}
   // terminal::disable_raw_mode().expect("Could not turn off raw mode"); /* add this line */
    panic!(""); // 看这里
}

  • 现在我们新增了一个struct并实现了Drop这个trait;此时drop()函数会在我们的struct实例，也就是_clean_up超出作用域或者该实例出现panic时候执行；

  • 一旦上面的情况发生，drop()被执行，那么将成功禁用原始模式；

但是现在还有问题，此时使用Ctrl +c 无法退出程序；不妨看看当我们按下这些按键的时候输出了什么东西；

fn main() {
    let _clean_up = CleanUp;
    terminal::enable_raw_mode().expect("Could not run on Raw mode"); // 开启原始模式
    let mut buf = [0; 1];
    while io::stdin().read(&mut buf).expect("Failed to read line") == 1 && buf != [b'q'] {
        let character = buf[0] as char;
        if character.is_control() {
            println!("{}\r", character as u8)
        } else {
            println!("{}\r", character)
        }
    }
}
  • is_control()判断按下的是否为控制键位，在正常情况下，控制键位输入的字符我们并不需要；
  • ASCII的0-31都是控制字符，127也是；
  • 所以32-126就是可打印的字符，也是我们在编辑文本时需要进行输入回显的；
  • 另外，请注意我们在打印信息的时候使用的是\r而不是\n;此时我们在终端输入数据之后，光标会自动调整到屏幕的左侧。

现在请运行程序并尝试按下控制键位，例如方向键、 或 Escape 、 或 Page Up Page Down 、 Home End Backspace Delete 或 Enter 或 。尝试使用 Ctrl 组合键，如 Ctrl-A、Ctrl-B 等。你会发现：

  • 方向键：Page Up、Page Down、Home 和 End 都向终端输入 3 或 4 个字节： 27 、、 '[' ，然后是一两个其他字符。这称为转义序列。所有转义序列都以 27 字节开头。按 Escape 键发送单个 27 字节作为输入。

  • Backspace 是字节 127 。Delete 是一个 4 字节的转义序列。

  • Enter 是 byte 10 ，这是一个换行符，也称为 '\n' 或 byte 13 ，这是回车符，也称为 \r 。

  • 另外：Ctrl-A 是 1 ， Ctrl-B 是 2 ， Ctrl-C 是3…这确实有效的 将Ctrl 组合键将字母 A-Z 映射到代码 1-26

通过上面的步骤，我们基本了解了按键是如何转为字节的。

2.4 crossterm提供的事件抽象

crossterm 还提供了对各种关键事件的抽象，因此我们不必记住上面那一堆映射关系；而是使用这个crate带来的实现方法；

下面是使用这些抽象重构之火的main.rs:

use crossterm::event::{Event, KeyCode, KeyEvent};
use crossterm::{event, terminal}; // 添加依赖
use std::io;
use std::io::Read;
struct CleanUp;

impl Drop for CleanUp {
    fn drop(&mut self) {
        terminal::disable_raw_mode().expect("Could not disable raw mode");
    }
}

fn main() {
    let _clean_up = CleanUp;
    terminal::enable_raw_mode().expect("Could not run on Raw mode"); // 开启原始模式
    let mut buf = [0; 1];
    // 从这里开始重构
    loop {
        if let Event::Key(event) = event::read().expect("Failed to read line") {
            match event {
                KeyEvent {
                    code: KeyCode::Char('q'),
                    modifiers: event::KeyModifiers::NONE,
                    kind: event::KeyEventKind::Press,
                    state: event::KeyEventState::NONE,
                } => break,
                _ => {
                    // todo
                }
            }
            println!("{:?}\r", event);
        };
    }
}
  • Event 是一个 enum 。由于我们目前只对按键感兴趣，因此我们检查返回的 Event 键是否为 Key .然后，我们检查按下的键是否为 q 。如果用户按下 q ，我们就会中断 loop ，程序将终止。
  • 当然，枚举中其他几个字段也是必须的，参考下文档中枚举的定义如下:
pub struct KeyEvent {
    pub code: KeyCode,
    pub modifiers: KeyModifiers,
    pub kind: KeyEventKind,
    pub state: KeyEventState,
}

其中的kind也是枚举：

pub enum KeyEventKind {
    Press,
    Repeat,
    Release,
}

sate的定义：

    pub struct KeyEventState: u8 {
        /// The key event origins from the keypad.
        const KEYPAD = 0b0000_0001;
        /// Caps Lock was enabled for this key event.
        ///
        /// **Note:** this is set for the initial press of Caps Lock itself.
        const CAPS_LOCK = 0b0000_1000;
        /// Num Lock was enabled for this key event.
        ///
        /// **Note:** this is set for the initial press of Num Lock itself.
        const NUM_LOCK = 0b0000_1000;
        const NONE = 0b0000_0000;
    }

看着有点怕但是不要怕，当下只需要理解代码中按下q执行程序退出的逻辑就可以。

下面是一个示例输出，它会在你按下按键的时候记录并打印相关的事件信息。你可以测试一下按下q是否正常退出程序。

image-20240514221935305

2.4 超时处理

现在的情况是，read()会无限期的在等待我们的键盘输入后返回。如果我们一直没有输入，那它就已知等待，这是个问题。因此我们需要有一个超时处理的逻辑，比如超过一定时间没用户没有任何操作就执行超时对应的处理逻辑。

use crossterm::event::{Event, KeyCode, KeyEvent};
use crossterm::{event, terminal}; // 添加依赖
use std::io;
use std::io::Read;
use std::time::Duration; // 新增依赖
struct CleanUp;

impl Drop for CleanUp {
    fn drop(&mut self) {
        terminal::disable_raw_mode().expect("Could not disable raw mode");
    }
}

fn main() {
    let _clean_up = CleanUp;
    terminal::enable_raw_mode().expect("Could not run on Raw mode"); // 开启原始模式
    let mut buf = [0; 1];
    // 从这里开始重构
    loop {
        if event::poll(Duration::from_millis(500)).expect("Program timed out") { // 超时处理
            if let Event::Key(event) = event::read().expect("Failed to read line") {
            match event {
                KeyEvent {
                    code: KeyCode::Char('q'),
                    modifiers: event::KeyModifiers::NONE,
                    kind: event::KeyEventKind::Press,
                    state: event::KeyEventState::NONE,
                } => break,
                _ => {
                    // todo
                }
            }
            println!("{:?}\r", event);
        };
        }
    }
}

上面的代码中新增的超时处理中用到了crossterm::event::poll这个方法，如果在给定时间内没有 Event 可用， poll 则返回 false ,具体的函数定义信息如下：

image-20240515084930391

2.5 错误处理

一路走来，我们对程序的错误处理都是使用expect()进行简单的捕获，这显然并不是一个很好的选择和习惯，下面通过使用Result来对错误进行进一步的处理，修改main.rs:

use crossterm::event::{Event, KeyCode, KeyEvent};
use crossterm::{event, terminal};
use std::time::Duration; /* add this line */

struct CleanUp;

impl Drop for CleanUp {
    fn drop(&mut self) {
        terminal::disable_raw_mode().expect("Unable to disable raw mode")
    }
}

fn main() -> std::result::Result<(), std::io::Error> {
    let _clean_up = CleanUp;
    terminal::enable_raw_mode()?;
    loop {
        if event::poll(Duration::from_millis(500))? {
            if let Event::Key(event) = event::read()? {
                match event {
                    KeyEvent {
                        code: KeyCode::Char('q'),
                        modifiers: event::KeyModifiers::NONE,
                        kind: _,
                        state: _,
                    } => break,
                    _ => {
                        //todo
                    }
                }
                println!("{:?}\r", event);
            };
        } else {
            println!("No input yet\r");
        }
    }
    Ok(())
}

修改部分如下,注意，对于main方法本身也是指定了返回值类型，这在下面的贴图中没有展现。

image-20240515090210813

  • ? 算符只能用于返回 Result 的方法中，因此 Option 我们必须修改 our main() 以返回 Result .可以 crossterm::Result<T> 扩展为 std::result::Result<T, std::io::Error>

  • 因此，对于我们的 main() 函数，返回类型可以转换为 std::result::Result<(), std::io::Error> 。

本期完,下期内容抢先知:

  • Ctrl+Q退出
  • 键盘输入重构
  • 屏幕清理
  • 光标定位
  • 退出清屏
  • 波浪号占位符(类似于vim)
  • 追加缓冲区

写在最后：

如果这篇内容跟下来，你还是觉得比较难，那么我推荐你暂时放一下，这里推荐一个我之前写的开源项目untools,这也是一个使用Rust编写的工具库，可以拿来练手，顺手点个star的同时也欢迎有想法有能力的同学PR;
在这里插入图片描述

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