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极客学院团队出品 · 更新于 2018-08-21 04:00:50

编译器插件

简介

rustc 可以加载编译器插件,它是用户提供的库,这个库使用新语法扩展编译器的行为,lint 检查等。    

插件是一个有指定的 registrar 函数的动态库,注册 rustc 扩展。其它库可以使用属性 #![plugin(...)] 加载这些扩展。想了解更多关于定义机制和加载插件,查看 rustc::plugin 文档。

如果存在,像 #![plugin(foo(... args ...))] 传递的参数不被 rustc 本身编译。他们通过注册表参数的方法提供给插件。    

在绝大多数情况下,一个插件只能通过 #![plugin] 而不是通过一个 extern crate 项目来被使用。连接一个插件将会把所有 libsyntax 和 librustc 作为库的依赖关系。这通常是不必要的,除非你正在创建另一个插件。plugin_as_library lint 检查这些准则。    

通常的做法是将编译器插件放入自己的库中,独立于库中被客户端使用的任何 macro_rules ! 宏或普通 Rust 代码。

语法扩展

插件可以用不同的方法扩展 Rust 的语法。一种语法扩展是程序宏。调用程序宏就像调用普通的宏一样,但扩展是由任意在运行时操纵语法树的 Rust 代码执行。    

让我们写一个插件 roman_numerals.rs 实现罗马数字整数常量。

#![crate_type="dylib"]
#![feature(plugin_registrar, rustc_private)]

extern crate syntax;
extern crate rustc;

use syntax::codemap::Span;
use syntax::parse::token;
use syntax::ast::{TokenTree, TtToken};
use syntax::ext::base::{ExtCtxt, MacResult, DummyResult, MacEager};
use syntax::ext::build::AstBuilder;  // trait for expr_usize
use rustc::plugin::Registry;

fn expand_rn(cx: &mut ExtCtxt, sp: Span, args: &[TokenTree])
-> Box<MacResult + 'static> {

static NUMERALS: &'static [(&'static str, u32)] = &[
("M", 1000), ("CM", 900), ("D", 500), ("CD", 400),
("C",  100), ("XC",  90), ("L",  50), ("XL",  40),
("X",   10), ("IX",   9), ("V",   5), ("IV",   4),
("I",1)];

let text = match args {
[TtToken(_, token::Ident(s, _))] => token::get_ident(s).to_string(),
_ => {
cx.span_err(sp, "argument should be a single identifier");
return DummyResult::any(sp);
}
};

let mut text = &*text;
let mut total = 0;
while !text.is_empty() {
match NUMERALS.iter().find(|&&(rn, _)| text.starts_with(rn)) {
Some(&(rn, val)) => {
total += val;
text = &text[rn.len()..];
}
None => {
cx.span_err(sp, "invalid Roman numeral");
return DummyResult::any(sp);
}
}
}

MacEager::expr(cx.expr_u32(sp, total))
}

#[plugin_registrar]
pub fn plugin_registrar(reg: &mut Registry) {
reg.register_macro("rn", expand_rn);
}

然后我们可以像使用其他宏一样使用 rn !():

#![feature(plugin)]
#![plugin(roman_numerals)]

fn main() {
assert_eq!(rn!(MMXV), 2015);
}

一个简单的 fn(&str) -> u32 的优势是:

  • (任意复杂的)转换是在编译时完成的。  
  • 输入验证在编译时执行。  
  • 它可以扩展到模式中允许使用,它有效地给出了一个为数据类型定义新的文字语法的方法。

除了程序宏,你可以定义新的 derive-like 属性和其他类型的扩展。请看Registry::register_syntax_extension 和 SyntaxExtension enum。更多调用宏的例子,请见 regex_macros。

提示和技巧

有一些宏的调试技巧是适用的。    

您可以使用 syntax::parse 将标记树转化为更高级的语法元素如表达式:

fn expand_foo(cx: &mut ExtCtxt, sp: Span, args: &[TokenTree])
-> Box<MacResult+'static> {

let mut parser = cx.new_parser_from_tts(args);

let expr: P<Expr> = parser.parse_expr();

通过这些 libsyntax 解析代码我们可以知道解析基础结构是如何工作的。    

为得到更准确的错误报告,保持所有你解析的代码的 span 。你可以将 spaned 封装到自定义数据结构中。    

调用 ExtCtxt:span_fatal 会立即中止编译。最好不要调用 ExtCtxt:span_err 并返回 DummyResult,编译器可以继续并找到更多的错误。    

为了打印语法片段进行调试,可以使用 span\_note 加上 syntax::print::pprust::*_to_string

上面的例子使用 AstBuilder::expr_usize 产生一个整数。除了 AstBuilder 特征,libsyntax 提供了一组 quasiquote 宏。他们没有正式文件并且非常粗糙的。然而,它的实现可能是一个改进的一个普通的插件库 quasiquote 的好的起点 。

Lint 插件

插件可以通过对额外的代码类型、安全等等的检查来扩展 Rust 的 lint 基础结构。在 src/test/auxiliary/lint_plugin\_test.rs 中你可以看到一个完整的例子。这个例子的核心如下:

declare_lint!(TEST_LINT, Warn,
  "Warn about items named 'lintme'");

struct Pass;

impl LintPass for Pass {
fn get_lints(&self) -> LintArray {
lint_array!(TEST_LINT)
}

fn check_item(&mut self, cx: &Context, it: &ast::Item) {
let name = token::get_ident(it.ident);
if name.get() == "lintme" {
cx.span_lint(TEST_LINT, it.span, "item is named 'lintme'");
}
}
}

#[plugin_registrar]
pub fn plugin_registrar(reg: &mut Registry) {
reg.register_lint_pass(box Pass as LintPassObject);
}

然后代码

#![plugin(lint_plugin_test)]

fn lintme() { }

将会产生一个编译器警告:

foo.rs:4:1: 4:16 warning: item is named 'lintme', #[warn(test_lint)] on by default
foo.rs:4 fn lintme() { }

lint插件的组件如下:

  • 一个或多个 定义静态的 Lint 结构的 declare_lint ! 调用;   
  • 一个控制 int pass (here, none) 所需的任何 state 的 struct;
  • 一个定义如何检查每个语法元素的 LintPass 实现。一个 LintPass 可能为几个不同的 Lint 调用span_lint,但应该通过 get_lints 方法注册它们。      

Lint 通过遍历语法,但他们在编译的后期运行,在哪里可以获得类型信息。rustc 内置的 lint 大多使用相同的基础结构作为 lint 插件,并提供了一些说明如何访问类型信息的例子。

插件定义的 lint 是由通常的属性和编译器标志所控制,例如 #[allow(test_lint)]-A test-lint。通过合适的案例和标点符号的转换,这些标识符由第一个参数传递到 declare_lint !。

您可以运行 rustc -W help foo.rs 来看 rustc 知道的 lint 的列表,包括那些由foo.rs 加载的插件提供的列表。

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