12.1 声明宏

Rust 的声明宏通过 macro_rules! 定义，是一种基于模式匹配的代码生成机制。它允许你编写类似函数的语法结构，在编译期将输入的 token 流转换为新的 Rust 代码。与函数不同，宏在编译期展开，且能接受可变数量和类型的参数，适用于消除重复样板代码。

基本语法

macro_rules! 的定义形式如下：

macro_rules! macro_name {
    (pattern) => { expansion };
    // 可包含多个规则
}

每个规则由一个模式（pattern）和对应的展开式（expansion）组成。调用宏时，编译器依次尝试匹配各模式，一旦成功即执行对应展开。

例如，定义一个打印多个值的宏：

macro_rules! say_hello {
    () => {
        println!("Hello!");
    };
    ($name:expr) => {
        println!("Hello, {}!", $name);
    };
    ($greeting:expr, $name:expr) => {
        println!("{}, {}!", $greeting, $name);
    };
}

fn main() {
    say_hello!();                          // Hello!
    say_hello!("Alice");                   // Hello, Alice!
    say_hello!("Good morning", "Bob");     // Good morning, Bob!
}

这里 $name:expr 表示 $name 是一个表达式（expression），其他常见片段类型包括：

• $x:ident：标识符（如变量名、函数名）；
• $x:ty：类型；
• $x:block：代码块；
• $x:item：项（如函数、结构体）；
• $x:tt：单个 token 或括号包围的 token 树（最通用）。

重复与可变参数

使用 $()*、$(+)*、$(?)* 可匹配重复模式：

macro_rules! vec_min {
    ($($x:expr),*) => {{
        let mut v = Vec::new();
        $(v.push($x);)*
        v.into_iter().min()
    }};
}

let m = vec_min!(3, 1, 4, 1, 5); // 返回 Some(1)

其中 $(...)* 表示零次或多次重复，分隔符（如 ,）需与调用时一致。

卫生性（Hygiene）

Rust 宏是卫生的（hygienic）：宏内部引入的变量不会意外捕获调用上下文中的同名变量。例如：

macro_rules! new_var {
    () => {
        let x = 42;
        println!("{}", x);
    };
}

fn main() {
    let x = "hello";
    new_var!(); // 输出 42，而非 "hello"
    println!("{}", x); // 仍输出 "hello"
}

宏中的 x 与外部 x 是两个独立的绑定，避免了命名冲突。

局限性

• 无法访问类型信息（因在类型检查前展开）；
• 模式匹配能力有限，复杂逻辑难以表达；
• 错误信息有时不够清晰。

对于更高级的需求（如自动实现 trait），应使用过程宏（见 12.2 节）。

小结

macro_rules! 提供了一种轻量级、安全的编译期代码生成方式，适合处理格式固定、结构重复的代码模式。通过合理设计模式和利用卫生性，可以构建出既简洁又不易出错的宏。它是 Rust 元编程的入门工具，也是理解更复杂过程宏的基础。