2016年3月23日 星期三

Rust recursive structure

之前實作Computation book的範例程式碼,一直卡關的第2章原始碼解析的部分,最近突然有了大幅的進展(因為在網路上找到一個別人寫好的相關原始碼),讓我突然頓悟rust 相關的設計,這裡解釋一些常用的技巧。

在建tree的部分,C++ 可能會定義介面用的base class ,再定義下面的derived class,這樣就能用base class 作為介面建tree,Rust 中我們可以用enum 做到這點,enum 除了像C like 的用法,也能指向物件,內含匿名或是有名的物件,我在這裡都是用匿名物件來實作:
https://doc.rust-lang.org/book/enums.html
#[derive(Clone)]
pub enum Node {
   Number(i64),
   Add(Box<node>, Box<node>),
   Multiply(Box<node>, Box<node>),
   Boolean(bool),
   LessThan(Box<node>, Box<node>),
   Variable(String),
   DoNothing,
   Assign(String, Box<node>),
   If(Box<node>, Box<node>, Box<node>),
   Sequence(Box<node>, Box<node>),
   While(Box<node>, Box<node>),
}
之所以要Box<Node> 而不是Node,在rustc --explain E0072 中有介紹,大體是recursive structure 裡,子物件若要包含父物件,一定要是Box 或是Reference &,否則程式算不出Node 需要多大。

用了enum 之後,其他function 的實作也就是在enum 上實作,並用match 來處理所有enum 可能出現的結果,例如我的reducible() 實作:
fn reducible(&self) -> bool {
  match *self {
    Node::Number(_) | Node::Boolean(_) | Node::DoNothing => false,
    _ => true,
  }
}
另外一個要注意的,是用了Box之後,前一篇我這樣寫:
http://yodalee.blogspot.tw/2015/11/rust-understanding-computation_5.html
pub fn reduce(self) -> Option {
 match self {
   Number(value) => Some(Number(value)),
   Add(l, r) => match (*l, *r) {
     (Number(i), Number(j)) => Some(Number(i+j)),
     (_, _) => None,
   }, 
   Nil => None,
 }
}
……reduce會將原本的node 替換掉,只能用self 當參數(好其實是我用&self就會出一些很詭異的錯誤,我還不知道怎麼解)
這個問題出在,我的寫法是Add(l, r) => ………
這樣的意思是,如果我們match Add,裡面的l, r的所有權<有可能>會被轉移掉,例如return l,或是return Box<l>,reduce function 又是寫 reduce(&self) 的話,表示我self 是跟人用reference 借來的,我不能又把self的所有權又送出去,所以rustc 會警告match *self這行:
cannot move out of borrowed content
即便你的code 沒有這麼做,rust 還是不允許這麼寫。
如果是 match self 當然沒這問題,但就如上所述,這會變成文中所述<reduce 就只能呼叫一次,之後原本持有的變數就不能再用>的結果,因為match self 的時候self的所有權就轉移掉了。
可編譯的寫法是:Add(ref l, ref r),表示我l, r 仍然是借用,而借用的內容是傳不回去的,這樣一路從self下來都是借用,就沒有所有權轉移的問題;要傳回一個跟l 或r 一樣的內容,就要在Node 的屬性加上#[derive(Clone)],用 l.clone()複製一個新的物件,試圖去dereference l 或r(*l, *r)同樣都會被rust 拒絕。

使用trait:
在本來的範例中他是將程式碼分到不同的資料夾,並用require_relative '../syntax/add' 的方式來擴展原有的程式,Rust不允許使用在上層資料夾裡面的程式碼,我這裡是利用trait 來達成模組化的目的。
Syntax.rs 中只定義AST 裡所需要的物件。
其他的function 我們都用trait 來定義,如果我們要用small_step 的reduce,就use reduce::{Reduce},裡面就實作相關的function,好處是若main不需要reduce 的功能,不要use 這個trait 即可。

相關的原始碼可以看這裡:
https://github.com/yodalee/computationbook-rust/tree/master/the_meaning_of_programs
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