在声明性宏中构建所有元素对（二次集）

Posted 2023-02-19

【中文标题】在声明性宏中构建所有元素对（二次集）

【英文标题】：Build all pairs of elements (quadratic set) in declarative macro

【发布时间】：2019-06-30 08:38:48

【问题描述】：

我有一个标识符列表，我想为该列表中的每对标识符调用一个宏。例如，如果我有a、b 和c，我想生成这个：

println!(" <-> ", a, a);
println!(" <-> ", a, b);
println!(" <-> ", a, c);
println!(" <-> ", b, a);
println!(" <-> ", b, b);
println!(" <-> ", b, c);
println!(" <-> ", c, a);
println!(" <-> ", c, b);
println!(" <-> ", c, c);

当然，这是一个虚拟的例子。在我的真实代码中，标识符是类型，我想生成 impl 块或类似的东西。

我的目标是只列出每个标识符一次。在我的真实代码中，我有大约 12 个标识符并且不想手动写下所有 12² = 144 对。所以我认为宏可能会帮助我。我知道可以使用所有强大的过程宏来解决它，但我希望它也可以使用声明性宏 (macro_rules!)。

---

我尝试了我认为是处理这个问题的直观方法（两个嵌套的“循环”）（Playground）：

macro_rules! print_all_pairs 
    ($($x:ident)*) => 
        $(
            $(
                println!(" <-> ", $x, $x);  // `$x, $x` feels awkward... 
            )*
        )*
    


let a = 'a';
let b = 'b';
let c = 'c';

print_all_pairs!(a b c);

但是，这会导致此错误：

error: attempted to repeat an expression containing no syntax variables matched as repeating at this depth
 --> src/main.rs:4:14
  |
4 |               $(
  |  ______________^
5 | |                 println!(" <-> ", $x, $x);
6 | |             )*
  | |_____________^

我想这有点道理，所以我尝试了其他方法 (Playground)：

macro_rules! print_all_pairs 
    ($($x:ident)*) => 
        print_all_pairs!(@inner $($x)*; $($x)*);
    ;
    (@inner $($x:ident)*; $($y:ident)*) => 
        $(
            $(
                println!(" <-> ", $x, $y);
            )*
        )*
    ;

但这会导致与上面相同的错误！

声明性宏是否可以做到这一点？

【问题讨论】：

声明性宏的表达能力肯定是有缺陷的。但是我在 proc 宏中遇到了与quote 相同的问题。当您有两个重复变量时，它们总是成对插值，并且对所有排列进行插值非常棘手。

【参考方案1】：

声明性宏完全可以做到这一点吗？

是的。

但是（据我所知）我们必须通过头/尾递归遍历列表一次，而不是到处使用内置的$( ... )* 机制。这意味着列表长度受到宏扩展的递归深度的限制。不过，这对于“仅”12 个项目来说不是问题。

在下面的代码中，我通过将宏名称传递给for_all_pairs 宏，将“所有对”功能与打印代码分开。 (Playground)。

// The macro that expands into all pairs
macro_rules! for_all_pairs 
    ($mac:ident: $($x:ident)*) => 
        // Duplicate the list
        for_all_pairs!(@inner $mac: $($x)*; $($x)*);
    ;

    // The end of iteration: we exhausted the list
    (@inner $mac:ident: ; $($x:ident)*) => ;

    // The head/tail recursion: pick the first element of the first list
    // and recursively do it for the tail.
    (@inner $mac:ident: $head:ident $($tail:ident)*; $($x:ident)*) => 
        $(
            $mac!($head $x);
        )*
        for_all_pairs!(@inner $mac: $($tail)*; $($x)*);
    ;


// What you actually want to do for each pair
macro_rules! print_pair 
    ($a:ident $b:ident) => 
        println!(" <-> ", $a, $b);
    


// Test code
let a = 'a';
let b = 'b';
let c = 'c';

for_all_pairs!(print_pair: a b c);

此代码打印：

a <-> a
a <-> b
a <-> c
b <-> a
b <-> b
b <-> c
c <-> a
c <-> b
c <-> c