Rust编译器插件库erg_compiler使用指南

简介

erg_compiler是一个为Rust语言设计的编译器插件库，它提供了强大的编译时扩展和元编程支持。这个库允许开发者在编译阶段执行自定义逻辑，扩展Rust语言的语法和功能。

主要特性

• 编译时代码生成
• 自定义语法扩展
• 元编程支持
• 类型系统增强
• 编译时验证

安装方法

在Cargo.toml中添加依赖：

[dependencies]
erg_compiler = "0.1"  # 请使用最新版本

基本使用方法

1. 定义编译器插件

use erg_compiler::plugin::{CompilerPlugin, PluginResult};
use syn::{ItemFn, parse_macro_input};

#[erg_compiler::compiler_plugin]
fn my_plugin(input: TokenStream) -> TokenStream {
    // 解析输入
    let input_fn = parse_macro_input!(input as ItemFn);
    
    // 在这里处理AST并生成新的代码
    let output = quote! {
        #input_fn
        
        // 添加额外的生成代码
        fn generated_function() {
            println!("This was generated at compile time!");
        }
    };
    
    output.into()
}

2. 使用自定义属性

#[my_plugin]
fn original_function() {
    println!("Original function");
}

// 编译后会生成额外的generated_function

3. 编译时验证示例

use erg_compiler::validator::{CompileTimeValidator, ValidationError};

struct MyValidator;

impl CompileTimeValidator for MyValidator {
    fn validate(&self, item: &syn::Item) -> Result<(), ValidationError> {
        if let syn::Item::Fn(fn_item) = item {
            if fn_item.sig.ident == "unsafe_function" && !fn_item.sig.unsafety.is_some() {
                return Err(ValidationError::new(
                    "Function named 'unsafe_function' must be marked as unsafe"
                ));
            }
        }
        Ok(())
    }
}

#[erg_compiler::register_validator]
static VALIDATOR: MyValidator = MyValidator;

高级用法

1. 语法扩展

use erg_compiler::syntax_extension::{SyntaxExtension, ExtensionResult};

struct DbQueryExtension;

impl SyntaxExtension for DbQueryExtension {
    fn extend(&self, input: TokenStream) -> ExtensionResult {
        // 解析自定义语法并转换为标准Rust代码
        // ...
    }
}

#[erg_compiler::register_extension]
static DB_QUERY_EXT: DbQueryExtension = DbQueryExtension;

使用示例：

db_query! {
    SELECT * FROM users WHERE age > 18
}

2. 编译时代码生成

use erg_compiler::codegen::{CodeGenerator, CodegenContext};

struct ApiClientGenerator;

impl CodeGenerator for ApiClientGenerator {
    fn generate(&self, ctx: &CodegenContext) -> TokenStream {
        // 根据上下文生成API客户端代码
        // ...
    }
}

#[erg_compiler::register_codegen]
static API_CLIENT_GEN: ApiClientGenerator = ApiClientGenerator;

实际应用示例

1. 自动实现trait

#[erg_compiler::auto_derive]
trait JsonSerializable {
    fn to_json(&self) -> String;
}

#[derive(JsonSerializable)
struct User {
    name: String,
    age: u32,
}

// 编译器会自动生成to_json方法的实现

2. 编译时路由注册

#[erg_compiler::web_route(GET, "/users")]
fn get_users() -> Json<Vec<User>> {
    // ...
}

完整示例代码

下面是一个完整的示例，展示了如何使用erg_compiler创建自定义属性宏：

use erg_compiler::plugin::{CompilerPlugin, PluginResult};
use proc_macro::TokenStream;
use syn::{parse_macro_input, ItemFn};
use quote::quote;

// 1. 定义编译器插件
#[erg_compiler::compiler_plugin]
fn benchmark_plugin(input: TokenStream) -> TokenStream {
    // 解析输入函数
    let input_fn = parse_macro_input!(input as ItemFn);
    let fn_name = &input_fn.sig.ident;
    
    // 生成带基准测试的代码
    let output = quote! {
        #input_fn
        
        #[test]
        fn benchmark_#fn_name() {
            use std::time::Instant;
            let start = Instant::now();
            #fn_name();
            let duration = start.elapsed();
            println!("Function {} took {:?}", stringify!(#fn_name), duration);
        }
    };
    
    output.into()
}

// 2. 使用自定义属性
#[benchmark_plugin]
fn expensive_operation() {
    // 模拟耗时操作
    for _ in 0..1_000_000 {
        let _ = 1 + 1;
    }
}

// 3. 编译时验证
struct BenchmarkValidator;

impl erg_compiler::validator::CompileTimeValidator for BenchmarkValidator {
    fn validate(&self, item: &syn::Item) -> Result<(), erg_compiler::validator::ValidationError> {
        if let syn::Item::Fn(fn_item) = item {
            if fn_item.attrs.iter().any(|attr| attr.path.is_ident("benchmark_plugin")) {
                if fn_item.sig.asyncness.is_some() {
                    return Err(erg_compiler::validator::ValidationError::new(
                        "Benchmarked functions cannot be async"
                    ));
                }
            }
        }
        Ok(())
    }
}

#[erg_compiler::register_validator]
static BENCH_VALIDATOR: BenchmarkValidator = BenchmarkValidator;

注意事项

1. 编译器插件可能会增加编译时间
2. 复杂的元编程可能使代码难以调试
3. 确保插件生成的代码符合Rust的安全规则
4. 在稳定版Rust中某些功能可能受限

erg_compiler为Rust开发者提供了强大的元编程能力，可以用于创建领域特定语言(DSL)、减少样板代码、实现编译时验证等高级功能。