Rust 编程语言 - 中文2021版

7.4 使用 use 关键字将路径引入作用域

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  • 使用 use 关键字将路径引入作用域
  • 创建惯用的 use 路径
  • 使用 as 关键字提供新的名称
  • 使用 pub use 重导出名称
  • 使用外部包
  • 嵌套路径来消除大量的 use 行
  • 通过 glob 运算符将所有的公有定义引入作用域

使用 use 关键字将路径引入作用域

不得不编写路径来调用函数显得不便且重复。在示例 7-7 中,无论我们选择 add_to_waitlist 函数的绝对路径还是相对路径,每次我们想要调用 add_to_waitlist 时,都必须指定front_of_househosting。幸运的是,有一种方法可以简化这个过程。我们可以使用 use 关键字创建一个短路径,然后就可以在作用域中的任何地方使用这个更短的名字。

在示例 7-11 中,我们将 crate::front_of_house::hosting 模块引入了 eat_at_restaurant 函数的作用域,而我们只需要指定 hosting::add_to_waitlist 即可在 eat_at_restaurant 中调用 add_to_waitlist 函数。

文件名:src/lib.rs

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();
}

示例 7-11: 使用 use 将模块引入作用域

在作用域中增加 use 和路径类似于在文件系统中创建软连接(符号连接,symbolic link)。通过在 crate 根增加 use crate::front_of_house::hosting,现在 hosting 在作用域中就是有效的名称了,如同 hosting 模块被定义于 crate 根一样。通过 use 引入作用域的路径也会检查私有性,同其它路径一样。

注意 use 只能创建 use 所在的特定作用域内的短路径。示例 7-12 将 eat_at_restaurant 函数移动到了一个叫 customer 的子模块,这又是一个不同于 use 语句的作用域,所以函数体不能编译。

文件名:src/lib.rs

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

use crate::front_of_house::hosting;

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

示例 7-12: use 语句只适用于其所在的作用域

编译器错误显示短路径不在适用于 customer 模块中:

$ cargo build
   Compiling restaurant v0.1.0 (file:///projects/restaurant)
error[E0433]: failed to resolve: use of undeclared crate or module `hosting`
  --> src/lib.rs:11:9
   |
11 |         hosting::add_to_waitlist();
   |         ^^^^^^^ use of undeclared crate or module `hosting`

warning: unused import: `crate::front_of_house::hosting`
 --> src/lib.rs:7:5
  |
7 | use crate::front_of_house::hosting;
  |     ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  |
  = note: `#[warn(unused_imports)]` on by default

For more information about this error, try `rustc --explain E0433`.
warning: `restaurant` (lib) generated 1 warning
error: could not compile `restaurant` due to previous error; 1 warning emitted

注意这里还有一个警告说 use 在其作用域内不再被使用!为了修复这个问题,可以将 use 移动到 customer 模块内,或者在子模块 customer 内通过 super::hosting 引用父模块中的这个短路径。

创建惯用的 use 路径

在示例 7-11 中,你可能会比较疑惑,为什么我们是指定 use crate::front_of_house::hosting ,然后在 eat_at_restaurant 中调用 hosting::add_to_waitlist ,而不是通过指定一直到 add_to_waitlist 函数的 use 路径来得到相同的结果,如示例 7-13 所示。

文件名:src/lib.rs

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

use crate::front_of_house::hosting::add_to_waitlist;

pub fn eat_at_restaurant() {
    add_to_waitlist();
}

示例 7-13: 使用 useadd_to_waitlist 函数引入作用域,这并不符合习惯

虽然示例 7-11 和 7-13 都完成了相同的任务,但示例 7-11 是使用 use 将函数引入作用域的习惯用法。要想使用 use 将函数的父模块引入作用域,我们必须在调用函数时指定父模块,这样可以清晰地表明函数不是在本地定义的,同时使完整路径的重复度最小化。示例 7-13 中的代码不清楚 add_to_waitlist 是在哪里被定义的。

另一方面,使用 use 引入结构体、枚举和其他项时,习惯是指定它们的完整路径。示例 7-14 展示了将 HashMap 结构体引入二进制 crate 作用域的习惯用法。

文件名:src/main.rs

use std::collections::HashMap;

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

示例 7-14: 将 HashMap 引入作用域的习惯用法

这种习惯用法背后没有什么硬性要求:它只是一种惯例,人们已经习惯了以这种方式阅读和编写 Rust 代码。

这个习惯用法有一个例外,那就是我们想使用 use 语句将两个具有相同名称的项带入作用域,因为 Rust 不允许这样做。示例 7-15 展示了如何将两个具有相同名称但不同父模块的 Result 类型引入作用域,以及如何引用它们。

文件名:src/lib.rs

use std::fmt;
use std::io;

fn function1() -> fmt::Result {
    // --snip--
    Ok(())
}

fn function2() -> io::Result<()> {
    // --snip--
    Ok(())
}

示例 7-15: 使用父模块将两个具有相同名称的类型引入同一作用域

如你所见,使用父模块可以区分这两个 Result 类型。如果我们是指定 use std::fmt::Resultuse std::io::Result,我们将在同一作用域拥有了两个 Result 类型,当我们使用 Result 时,Rust 则不知道我们要用的是哪个。

使用 as 关键字提供新的名称

使用 use 将两个同名类型引入同一作用域这个问题还有另一个解决办法:在这个类型的路径后面,我们使用 as 指定一个新的本地名称或者别名。示例 7-16 展示了另一个编写示例 7-15 中代码的方法,通过 as 重命名其中一个 Result 类型。

文件名:src/lib.rs

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

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

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

示例 7-16: 使用 as 关键字重命名引入作用域的类型

在第二个 use 语句中,我们选择 IoResult 作为 std::io::Result 的新名称,它与从 std::fmt 引入作用域的 Result 并不冲突。示例 7-15 和示例 7-16 都是惯用的,如何选择都取决于你!

使用 pub use 重导出名称

使用 use 关键字,将某个名称导入当前作用域后,这个名称在此作用域中就可以使用了,但它对此作用域之外还是私有的。如果想让其他人调用我们的代码时,也能够正常使用这个名称,就好像它本来就在当前作用域一样,那我们可以将 pubuse 合起来使用。这种技术被称为 “重导出re-exporting)”:我们不仅将一个名称导入了当前作用域,还允许别人把它导入他们自己的作用域。

示例 7-17 将示例 7-11 根模块中的 use 改为 pub use

文件名:src/lib.rs

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

pub use crate::front_of_house::hosting;

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

示例 7-17: 通过 pub use 使名称可从新作用域中被导入至任何代码

在这个修改之前,外部代码需要使用路径 restaurant::front_of_house::hosting::add_to_waitlist() 来调用 add_to_waitlist 函数。现在这个 pub use 从根模块重导出了 hosting 模块,外部代码现在可以使用路径 restaurant::hosting::add_to_waitlist

当你代码的内部结构与调用你代码的程序员所想象的结构不同时,重导出会很有用。例如,在这个餐馆的比喻中,经营餐馆的人会想到“前台”和“后台”。但顾客在光顾一家餐馆时,可能不会以这些术语来考虑餐馆的各个部分。使用 pub use,我们可以使用一种结构编写代码,却将不同的结构形式暴露出来。这样做使我们的库井井有条,也使开发这个库的程序员和调用这个库的程序员都更加方便。在[“使用 pub use 导出合适的公有 API”][ch14-pub-use]部分让我们再看另一个 pub use 的例子来了解这如何影响 crate 的文档。

使用外部包

在第二章中我们编写了一个猜猜看游戏。那个项目使用了一个外部包,rand,来生成随机数。为了在项目中使用 rand,在 Cargo.toml 中加入了如下行:

文件名:Cargo.toml

rand = "0.8.5"

Cargo.toml 中加入 rand 依赖告诉了 Cargo 要从 crates.io 下载 rand 和其依赖,并使其可在项目代码中使用。

接着,为了将 rand 定义引入项目包的作用域,我们加入一行 use 起始的包名,它以 rand 包名开头并列出了需要引入作用域的项。回忆一下第二章的 “生成一个随机数” 部分,我们曾将 Rng trait 引入作用域并调用了 rand::thread_rng 函数:

use std::io;
use rand::Rng;

fn main() {
    println!("Guess the number!");

    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);

    println!("The secret number is: {secret_number}");

    println!("Please input your guess.");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
        .expect("Failed to read line");

    println!("You guessed: {guess}");
}

crates.io 上有很多 Rust 社区成员发布的包,将其引入你自己的项目都需要一道相同的步骤:在 Cargo.toml 列出它们并通过 use 将其中定义的项引入项目包的作用域中。

注意 std 标准库对于你的包来说也是外部 crate。因为标准库随 Rust 语言一同分发,无需修改 Cargo.toml 来引入 std,不过需要通过 use 将标准库中定义的项引入项目包的作用域中来引用它们,比如我们使用的 HashMap

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::collections::HashMap;
}

这是一个以标准库 crate 名 std 开头的绝对路径。

嵌套路径来消除大量的 use

当需要引入很多定义于相同包或相同模块的项时,为每一项单独列出一行会占用源码很大的空间。例如猜猜看章节示例 2-4 中有两行 use 语句都从 std 引入项到作用域:

文件名:src/main.rs

use rand::Rng;
// --snip--
use std::cmp::Ordering;
use std::io;
// --snip--

fn main() {
    println!("Guess the number!");

    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);

    println!("The secret number is: {secret_number}");

    println!("Please input your guess.");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
        .expect("Failed to read line");

    println!("You guessed: {guess}");

    match guess.cmp(&secret_number) {
        Ordering::Less => println!("Too small!"),
        Ordering::Greater => println!("Too big!"),
        Ordering::Equal => println!("You win!"),
    }
}

相反,我们可以使用嵌套路径将相同的项在一行中引入作用域。这么做需要指定路径的相同部分,接着是两个冒号,接着是大括号中的各自不同的路径部分,如示例 7-18 所示。

文件名:src/main.rs

use rand::Rng;
// --snip--
use std::{cmp::Ordering, io};
// --snip--

fn main() {
    println!("Guess the number!");

    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);

    println!("The secret number is: {secret_number}");

    println!("Please input your guess.");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
        .expect("Failed to read line");

    let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("Please type a number!");

    println!("You guessed: {guess}");

    match guess.cmp(&secret_number) {
        Ordering::Less => println!("Too small!"),
        Ordering::Greater => println!("Too big!"),
        Ordering::Equal => println!("You win!"),
    }
}

示例 7-18: 指定嵌套的路径在一行中将多个带有相同前缀的项引入作用域

在较大的程序中,使用嵌套路径从相同包或模块中引入很多项,可以显著减少所需的独立 use 语句的数量!

我们可以在路径的任何层级使用嵌套路径,这在组合两个共享子路径的 use 语句时非常有用。例如,示例 7-19 中展示了两个 use 语句:一个将 std::io 引入作用域,另一个将 std::io::Write 引入作用域:

文件名:src/lib.rs

use std::io;
use std::io::Write;

示例 7-19: 通过两行 use 语句引入两个路径,其中一个是另一个的子路径

两个路径的相同部分是 std::io,这正是第一个路径。为了在一行 use 语句中引入这两个路径,可以在嵌套路径中使用 self,如示例 7-20 所示。

文件名:src/lib.rs

use std::io::{self, Write};

示例 7-20: 将示例 7-19 中部分重复的路径合并为一个 use 语句

这一行便将 std::iostd::io::Write 同时引入作用域。

通过 glob 运算符将所有的公有定义引入作用域

如果希望将一个路径下 所有 公有项引入作用域,可以指定路径后跟 *,glob 运算符:

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::collections::*;
}

这个 use 语句将 std::collections 中定义的所有公有项引入当前作用域。使用 glob 运算符时请多加小心!Glob 会使得我们难以推导作用域中有什么名称和它们是在何处定义的。

glob 运算符经常用于测试模块 tests 中,这时会将所有内容引入作用域;我们将在第十一章 “如何编写测试” 部分讲解。glob 运算符有时也用于 prelude 模式;查看 标准库中的文档 了解这个模式的更多细节。