repr(C) 是预处理器指令吗？

Question

我已经看到一些 Rust 代码库使用 #[repr(C)] 宏（这就是它的名字吗？），但是，我找不到太多关于它的信息，但它设置了类型布局在内存中以与“C”相同的布局。

这是我想知道的：这是一个仅限于编译器而不是语言本身的预处理器指令（即使没有任何其他用于 Rust 的编译器前端），以及为什么 Rust 甚至有内存布局与Cs不同？ （只是我从来不需要用另一种语言来做这件事）。

这是一个很好的例子来说明我的意思：如果有人为 Rust 创建另一个编译器，他们是否需要实现这个宏，或者它是编译器特定的东西？

Answer 1

#[repr(C)] 不是预处理器指令，因为 Rust 不使用预处理器 ¹。这是一个attribute。 Rust 没有完整的规范，但是 repr 属性 is mentioned in the Rust reference，所以它绝对是语言的一部分。在实现方面，属性的解析方式与所有其他 Rust 代码相同，并且存储在相同的 AST 中。 Rust 没有“属性传递”：属性是语言的实际部分。如果其他人要实现 Rust 编译器，他们需要实现 #[repr(C)]。

此外，#[repr(C)] 无法在没有一些编译器魔法的情况下实现。在没有 #[repr(...)] 的情况下，Rust 编译器可以随意排列 struct/enum 的字段（他们确实利用这一点进行优化！）。

Rust 确实有充分的理由使用它自己的内存布局。如果编译器与struct 在源代码中的编写方式无关，他们can do optimisations like 不会存储从未读取过的struct 字段，重新排序字段以获得更好的性能，enum 标记池² ，并在结构中的整个NonZero*s 中使用备用位来存储数据（最后一个尚未发生，但将来可能会发生）。但主要原因是 Rust 有一些在 C 中没有意义的东西。例如，Rust 有零大小的类型（如 () 和 [i8; 0]）which can't exist in C、trait vtables、enum s 带有字段、泛型类型，所有这些在尝试将它们转换为 C 时都会导致问题。

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¹ 好的，如果你真的想的话，你可以使用带有 Rust 的 C 预处理器。请不要。

² 例如，enum Food { Apple, Pizza(Topping) } enum Topping { Pineapple, Mushroom, Garlic } 只能存储在 1 个字节中，因为只有 4 个可能的 Food 值可以创建。

Answer 2

这是什么？

它不是一个宏，它是一个属性。

这本书有一个关于宏是什么的good chapter，并提到有“类似属性的宏”：

宏一词指的是 Rust 中的一系列功能：带有 macro_rules 的声明性宏！以及三种过程宏：

• 自定义#[derive] 宏，用于指定使用结构和枚举使用的派生属性添加的代码
• 定义可用于任何项目的自定义属性的类属性宏
• 类似于函数的宏，看起来像函数调用，但对指定为其参数的标记进行操作

类似属性的宏是您可以使用的like 属性。例如：

#[route(GET, "/")]
fn index() {}

看起来确实像 repr 属性不是吗 ?

那么什么是属性呢？

幸运的是，Rust 有很多资源，比如 rust-by-example which includes:

属性是应用于某些模块、板条箱或项目的元数据。此元数据可用于/用于：

• 代码的条件编译
• 设置 crate 名称、版本和类型（二进制或库）
• 禁用 lints（警告）
• 启用编译器功能（宏、全局导入等）
• 链接到国外图书馆
• 将函数标记为单元测试
• 标记将成为基准测试一部分的函数

当您需要更深入地了解某些内容时，您通常会查看 rust 参考。 (chapter for attributes)

致编译器作者：

如果您要编写一个 rust 编译器，并且想要支持标准库或其他 crate 之类的东西，那么您将 100% 需要实现这些。因为图书馆使用这些并需要它们。

否则我猜你可能会想出一个你的编译器支持的 rust 子集。但是大多数人不会使用它..

为什么 rust 不只使用 C 布局？

nomicon explains 例如，为什么 rust 需要能够重新排序结构的字段。出于节省空间和提高效率的原因。除其他外，它与泛型和单态化有关。在repr(C) 中，结构体的字段必须与定义的顺序相同。

C 表示是为双重目的而设计的。一个目的是创建可与 C 语言互操作的类型。第二个目的是创建可以可靠地执行依赖于数据布局的操作的类型，例如将值重新解释为不同的类型。