宏与元编程

这一课你将能做到

1. 说清宏与函数的区别，熟练使用标准库高频宏（vec!、format!、assert!、dbg!）
2. 用 macro_rules! 编写声明宏，掌握匹配臂与重复语法
3. 理解 derive 宏机制，能读懂 serde/thiserror 的用法并知道它们对标 Java 的什么

为什么要学

Rust 代码里到处是感叹号：println!、vec!、assert_eq!。它们是宏——编译期展开为代码的代码。Java 世界里这类需求靠注解 + 反射（运行时付出性能代价）或 Lombok/MapStruct（编译期字节码魔法）实现；Rust 把「编译期生成代码」做成了一等公民，derive 宏就是它的 Lombok，而且功能强得多。

工程上的实际意义：serde 一个 #[derive(Serialize)] 生成的序列化代码是手写级别的性能（无反射），判题接口的 JSON 编解码零成本——这就是第 11 课 axum 开发的地基。

先建立图像

Java 注解体系                        Rust 宏体系
@interface + 运行时反射        ↔    过程宏（编译期生成代码，无反射）
Lombok @Getter/@Builder        ↔    #[derive(Debug, Clone, ...)]
MapStruct @Mapper              ↔    derive 宏 / 函数式过程宏
varargs / String.format        ↔    macro_rules! 声明宏（可变参数、编译期检查）

两类宏的分工：

• 声明宏（macro_rules!）：模式匹配替换，写「语法糖工具」，如自定义初始化语法
• 过程宏（proc-macro）：拿到 TokenStream 直接操作，分 derive / 属性 / 函数式三种，生态重器（serde、thiserror、tokio::main）全是它

跟着做

步骤 1：先认全高频宏

cargo new macro-demo
cd macro-demo

#[derive(Debug)]
struct Case { id: u32, time_ms: u32 }

fn main() {
    let cases = vec![                          // vec!：字面量建 Vec
        Case { id: 1, time_ms: 120 },
        Case { id: 2, time_ms: 990 },
    ];

    println!("{cases:?}");                     // println!：格式化输出，{:?} 走 Debug
    println!("{} 最慢 {} ms", cases.len(), cases.iter().map(|c| c.time_ms).max().unwrap());

    let summary = format!("共 {} 个用例", cases.len());   // format!：返回 String
    println!("{summary}");

    assert_eq!(cases.len(), 2);                // assert!/assert_eq!：测试断言
    dbg!(&cases[0]);                           // dbg!：打印文件行号 + 表达式 + 值，调试利器

    let max = cases.iter().map(|c| c.time_ms).max().unwrap_or(0);
    println!("最长 {max} ms");
}

dbg! 对标 IDE 里的「打印调试但带定位」：输出文件名、行号、表达式原文和值，比 println! 调试效率高一个档位。

步骤 2：第一个声明宏

macro_rules! hash_map {
    // 匹配臂：零或多组「表达式 => 表达式」，允许尾逗号
    ( $( $k:expr => $v:expr ),* $(,)? ) => {{
        let mut m = std::collections::HashMap::new();
        $( m.insert($k, $v); )*            // 对每组匹配展开一次 insert
        m
    }};
}

fn main() {
    let limits = hash_map! {
        "cpp" => 1000u32,
        "java" => 2000,
        "python" => 5000,
    };
    println!("{limits:?}");
    println!("python 时限 {}", limits["python"]);
}