rust 代码组织结构

使用包、Crate 和模块管理不断增长的项目 - Rust 程序设计语言中文版

rust 组织结构中，包括以下几个概念

Package（包），Crate（箱），Moudle（模块）

Package

这是 Cargo 的概念，对应一个 Cargo.toml 文件，也就是一个 rust 工程。用于构建、测试、共享 Crate。
1 package = 0/1 lib crate + 0/N bin crate

Crate

有 bin / lib 之分，bin 是可执行 Crate, lib 是库 Crate。

基础概念 - bin Crate

通过 cargo new project-name 新建一个 cargo 项目之后，默认新建的是 bin Crate. 代码结构如下

src
  ╰-main.rs
Cargo.toml
Cargo.lock

默认约定，main.rs 表示的是 bin Crate，里面有 main 函数入口，其 Crate 的名称（也是产生的可执行文件的名称）就是项目名称。
使用 cargo run，默认运行的就是这个 Crate.

可以改吗？可以，但通常不会这么做。

如图所示，这里没有默认的 main.rs，在 Cargo.toml 文件中显式配置了两个 bin Crate. 名字分别是 cat1 和 cat2（对应的可执行文件的名字也是这个）。

文档见：Cargo Targets - The Cargo Book

此时运行 cargo run 就会有报错

error: `cargo run` could not determine which binary to run. Use the `--bin` option to specify a binary, or the `default-run` manifest key.
available binaries: cat1, cat2

需要这要运行 cargo run --bin cat1

根据默认的约定，如果有多个 bin Crate，除了 main.rs，其它的应该放在 bin 目录下。
如果需要 cargo run 命令能够找到默认的 Crate，则需要配置 default-run。

这里配置 default-run = "cat", 其中的 cat 就是 main.rs 所指的 Crate，因为默认情况下，main.rs 的 Crate 名称就是项目（package）的名称。

bin 中其它 Crate 的名称，默认就是文件名。

为什么一个项目（package）中，可以有多个 bin 类型的 Crate，场景是什么？

// from GPT-4
在 Rust 中，一个 package 可以包含多个 bin（binary）类型的 crate，这种特性在一些场景中非常有用。

命令行工具套件：如果你正在开发一套命令行工具，每个工具都有自己的功能，但它们共享一些公共的库代码。在这种情况下，你可以为每个工具创建一个单独的 bin crate，然后将公共代码放在 lib crate 中。

多目标项目：如果你的项目需要生成多个不同的二进制文件，比如一个客户端和一个服务器，或者一个前端和一个后端，你可以为每个目标创建一个 bin crate。

示例代码：如果你正在创建一个库并且想要提供一些示例代码，你可以创建一个或多个 bin crate 来展示如何使用你的库。

在这些情况下，所有的 bin crate 都可以在同一个 package 中管理，这样可以共享版本号、依赖和构建设置，使得项目的管理变得更加方便。

基础概念 - lib Crate

// from GPT-4
在 Rust 中，一个 package 中只能有一个 library crate 的原因主要是为了简化编译和依赖管理的过程。在 package 中，library crate 的名字与 package 的名字相同，这使得在使用 cargo build 或 cargo publish 等命令时，cargo 可以明确知道应该编译或发布哪个 crate。

如果一个 package 中允许有多个 library crate，那么在处理依赖关系时，可能会产生一些复杂的问题。比如，如果两个 library crate 有相同的名字但版本不同，那么在解析依赖关系时就会产生冲突。另外，如果一个 package 中有多个 library crate，那么在编译时，cargo 也需要知道应该编译哪个 crate，这将使得编译过程变得更复杂。

总的来说，限制一个 package 中只有一个 library crate 是为了简化编译和依赖管理的过程，使得 Rust 的 package 管理系统更易于使用。

默认约定是，lib Crate，以 lib.rs 的文件名，直接放在 src 目录下。
或者可以通过 Crago.toml 自定义，文档：https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/cargo-targets.html?highlight=[[bin]]#configuring-a-target

[lib]
name = "foo"           # The name of the target.
path = "src/lib.rs"    # The source file of the target.
test = true            # Is tested by default.
doctest = true         # Documentation examples are tested by default.
bench = true           # Is benchmarked by default.
doc = true             # Is documented by default.
plugin = false         # Used as a compiler plugin (deprecated).
proc-macro = false     # Set to `true` for a proc-macro library.
harness = true         # Use libtest harness.
edition = "2015"       # The edition of the target.
crate-type = ["lib"]   # The crate types to generate.
required-features = [] # Features required to build this target (N/A for lib).

同一个项目（package）中，bin Crate 可以直接引用 lib 中定义的内容，不需要在 Cargo.toml 中做额外的声明。

Module

从模块的角度理解 Crate，一个 Crate 就是一棵 Module 组成的树。其中树的根节点（一个隐式根节点）的名称，就是 crate

// lib.rs
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

pub mod sub_module {
    pub fn calc(a: i32, b: i32) -> i32 {
        crate::add(a, b)
    }
}

比如在 lib.rs 中定义了 add 这个函数，就是在 crate 这个隐式的根 Module 下面，可以使用 create::add 的方式，引用到这个函数。

在上面的例子中，除了使用隐式的根名称 crate，也可以使用 super 关键字

// lib.rs
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

pub mod sub_module {
    pub fn calc(a: i32, b: i32) -> i32 {
        super::add(a, b)
    }
}

super 指的是上一级。

Module 多文件

当然，通常情况下，不会在 lib.rs 中直接写具体的实现，而是使用 lib.rs 来进行统一的导出。

如上图中，在 math 子文件夹下，有一个 arithmetic.rs 文件，这里，math 和 arithmetic 就直接被视为两个模块，arithmetic 是 math 的子模块。

在 lib.rs 中，使用如下代码进行导出。

pub mod math {
    pub mod arithmetic;
}

在 main.rs 中进行使用

use cat::math;

fn main() {
    let sum = math::arithmetic::add(1, 2);

    println!("sum = {}", sum);
}

在 jump.rs 中进行使用

use cat::math::arithmetic;

fn main() {
    let sum = arithmetic::add(1, 2);

    println!("Hello, jump {}", sum);
}

pub

pub 就是 public, 所有声明的模块，函数，struct 等，默认都是私有的，都是使用 pub 将其公开。
如何仅在 Crate 内公开，而不在 Crate 外公开呢？简单的做法：在 lib.rs 中不导出就可以了。

pub 还有更精细的控制：
Visibility and privacy - The Rust Reference

pub(in path) makes an item visible within the provided path. path must be an ancestor module of the item whose visibility is being declared.
pub(crate) makes an item visible within the current crate.
pub(super) makes an item visible to the parent module. This is equivalent to pub(in super).
pub(self) makes an item visible to the current module. This is equivalent to pub(in self) or not using pub at all.

pub mod outer_mod {
    pub mod inner_mod {
        // This function is visible within `outer_mod`
        pub(in crate::outer_mod) fn outer_mod_visible_fn() {}
        // Same as above, this is only valid in the 2015 edition.
        pub(in outer_mod) fn outer_mod_visible_fn_2015() {}

        // This function is visible to the entire crate
        pub(crate) fn crate_visible_fn() {}

        // This function is visible within `outer_mod`
        pub(super) fn super_mod_visible_fn() {
            // This function is visible since we're in the same `mod`
            inner_mod_visible_fn();
        }

        // This function is visible only within `inner_mod`,
        // which is the same as leaving it private.
        pub(self) fn inner_mod_visible_fn() {}
    }
    pub fn foo() {
        inner_mod::outer_mod_visible_fn();
        inner_mod::crate_visible_fn();
        inner_mod::super_mod_visible_fn();

        // This function is no longer visible since we're outside of `inner_mod`
        // Error! `inner_mod_visible_fn` is private
        //inner_mod::inner_mod_visible_fn();
    }
}

fn bar() {
    // This function is still visible since we're in the same crate
    outer_mod::inner_mod::crate_visible_fn();

    // This function is no longer visible since we're outside of `outer_mod`
    // Error! `super_mod_visible_fn` is private
    //outer_mod::inner_mod::super_mod_visible_fn();

    // This function is no longer visible since we're outside of `outer_mod`
    // Error! `outer_mod_visible_fn` is private
    //outer_mod::inner_mod::outer_mod_visible_fn();

    outer_mod::foo();
}

fn main() { bar() }

use

将其它模块、struct、enum、函数等的定义，引入到当前作用域。
惯用做法：
引入函数时，只引入到函数的上层模块，然后通过 xxx::func() 的形式调用，函数归属会比较清晰；
引入 struct、enum 时，就全路径直接引入。

as 为引入的路径取别名。

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

fn f1() -> Result {}
fn f2() -> IoResult {}

pub use

使用 pub use 可以将与引用到的内容重新导出，这个过程中，就有机会对导出做出调整

比如上例中的 lib.rs

// lib.rs
mod math {
    pub mod arithmetic;
}

pub use math::arithmetic;  // 直接导出 arithmetic 模块

// main.rs
use cat::arithmetic; // 直接引入 arithmetic 模块，这里没有 math 了

fn main() {
    let sum = arithmetic::add(1, 2);

    println!("sum = {}", sum);
}

嵌套路径

use std::cmp::Ordering;
use std::io;

use std::{cmp::Ordering, io};

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

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

通配符全部引入

use std::collections::*;

引入第三方库

[dependencies]
rand = "0.7.0"

Dependency Resolution - The Cargo Book

prelude

prelude 就是 Crate 中的一个模块，只不过通常这个模块用来导出这个 Crate 中，最常用的一些 trait 和数据结构定义等。

如 rand 的 prelude
rand::prelude - Rust

使用 use rand::prelude::*; 导入全部的预定义内容，然后就可以直接使用了。

use rand::prelude::*;

fn main() {
    let r: bool = random(); // OK，直接使用
    println!("r = {}", r);

    let r: i32 = rand::random();  // 常规用法：通过 rand Crate name 调用
    println!("r = {}", r);
}

高级特性 Workspace

Cargo 的 Workspace 机制，通常一个项目就是一个 package，但当项目足够复杂时，一个项目中可以有多个 package，组成一个 Workspace。

案例：
wasmerio/wasmer: 🚀 The leading WebAssembly Runtime supporting WASIX, WASI and Emscripten

参考

Rust 的包管理机制
 Rust 程序设计语言 - Rust 程序设计语言中文版
 Rust 组织管理 | 菜鸟教程
 Introduction - The Cargo Book
Introduction - The Rust Reference

https://www.cnblogs.com/jasongrass/p/17728205.html

rust 代码组织结构

基础概念 - bin Crate

基础概念 - lib Crate

Module

Module 多文件

pub

use

prelude

高级特性 Workspace

参考

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