定义模块来控制作用域与私有性

ch07-02-defining-modules-to-control-scope-and-privacy.md
commit 310ea6cb0dd855eaf510c9ba05648bc5836ead0c

在本节，我们将讨论模块和其它一些关于模块系统的部分，如允许你命名项的 路径（paths）；用来将路径引入作用域的 use 关键字；以及使项变为公有的 pub 关键字。我们还将讨论 as 关键字、外部包和 glob 运算符。现在，让我们把注意力放在模块上！

首先，我们将从一系列的规则开始，在你未来组织代码的时候，这些规则可被用作简单的参考。接下来我们将会详细的解释每条规则。

模块小抄

这里我们提供一个简单的参考，用来解释模块、路径、use关键词和pub关键词如何在编译器中工作，和大部分开发者如何组织他们的代码。我们将在这个章节中对每条规则的例子一一列举，但这是一个用来参考的好地方用于表达模块是如何工作的。

  • 从crate根节点开始: 当编译一个crate, 编译器首先在crate根文件（通常，对于一个库crate而言是src/lib.rs，对于一个二进制crate而言是src/main.rs）中寻找需要被编译的代码。
  • 声明模块: 在crate根文件中，你可以声明一个新模块；比如，你用mod garden声明了一个叫做garden的模块。编译器会在下列路径中寻找模块代码：
    • 内联，在大括号中，当mod garden后方不是一个分号而是一个大括号
    • 在文件 src/garden.rs
    • 在文件 src/garden/mod.rs
  • 声明子模块: 在除了crate根节点以外的其他文件中，你可以定义子模块。比如，你可能在src/garden.rs中定义了mod vegetables;。编译器会在以父模块命名的目录中寻找子模块代码：
    • 内联, 在大括号中，当mod vegetables后方不是一个分号而是一个大括号
    • 在文件 src/garden/vegetables.rs
    • 在文件 src/garden/vegetables/mod.rs
  • 模块中的代码路径: 一旦一个模块是你crate的一部分， 你可以在隐私规则允许的前提下，从同一个crate内的任意地方，通过代码路径引用该模块的代码。举例而言，一个garden vegetables模块下的Asparagus类型可以在crate::garden::vegetables::Asparagus被找到。
  • 私有 vs 公用: 一个模块里的代码默认对其父模块私有。为了使一个模块公用，应当在声明时使用pub mod替代mod。为了使一个公用模块内部的成员公用，应当在声明前使用pub。
  • use 关键字: 在一个作用域内，use关键字创建了一个成员的快捷方式，用来减少长路径的重复。在任何可以引用crate::garden::vegetables::Asparagus的作用域, 你可以通过 use crate::garden::vegetables::Asparagus;创建一个快捷方式，然后你就可以在作用域中只写Asparagus来使用该类型。

这里我们创建一个名为backyard的二进制crate来说明这些规则。该crate的路径同样命名为backyard，该路径包含了这些文件和目录：

  1. backyard
  2. ├── Cargo.lock
  3. ├── Cargo.toml
  4. └── src
  5.     ├── garden
  6.     │   └── vegetables.rs
  7.     ├── garden.rs
  8.     └── main.rs

这个例子中的crate根文件是src/main.rs，该文件包括了：

Filename: src/main.rs

  1. use crate::garden::vegetables::Asparagus;
  3. pub mod garden;
  5. fn main() {
  6.     let plant = Asparagus {};
  7.     println!("I'm growing {:?}!", plant);
  8. }

pub mod garden;行告诉编译器应该包含在src/garden.rs文件中发现的代码:

Filename: src/garden.rs

  1. pub mod vegetables;

在此处， pub mod vegetables;意味着在src/garden/vegetables.rs中的代码也应该被包括。这些代码是:

  1. #[derive(Debug)]
  2. pub struct Asparagus {}

现在让我们深入了解这些规则的细节并在实际中演示它们！

在模块中对相关代码进行分组

模块 让我们可以将一个 crate 中的代码进行分组，以提高可读性与重用性。模块还可以控制项的 私有性，即项是可以被外部代码使用的（public），还是作为一个内部实现的内容，不能被外部代码使用（private）。

在餐饮业，餐馆中会有一些地方被称之为 前台（front of house），还有另外一些地方被称之为 后台（back of house）。前台是招待顾客的地方，在这里，店主可以为顾客安排座位，服务员接受顾客下单和付款，调酒师会制作饮品。后台则是由厨师工作的厨房，洗碗工的工作地点，以及经理做行政工作的地方组成。

我们可以将函数放置到嵌套的模块中，来使我们的 crate 结构与实际的餐厅结构相同。通过执行 cargo new --lib restaurant，来创建一个新的名为 restaurant 的库。然后将示例 7-1 中所罗列出来的代码放入 src/lib.rs 中，来定义一些模块和函数。

文件名: src/lib.rs

  1. mod front_of_house {
  2.     mod hosting {
  3.         fn add_to_waitlist() {}
  5.         fn seat_at_table() {}
  6.     }
  8.     mod serving {
  9.         fn take_order() {}
  11.         fn serve_order() {}
  13.         fn take_payment() {}
  14.     }
  15. }

示例 7-1：一个包含了其他内置了函数的模块的 front_of_house 模块

我们定义一个模块，是以 mod 关键字为起始，然后指定模块的名字（本例中叫做 front_of_house），并且用花括号包围模块的主体。在模块内，我们还可以定义其他的模块，就像本例中的 hosting 和 serving 模块。模块还可以保存一些定义的其他项，比如结构体、枚举、常量、特性、或者函数。

通过使用模块，我们可以将相关的定义分组到一起，并指出他们为什么相关。程序员可以通过使用这段代码，更加容易地找到他们想要的定义，因为他们可以基于分组来对代码进行导航，而不需要阅读所有的定义。程序员向这段代码中添加一个新的功能时，他们也会知道代码应该放置在何处，可以保持程序的组织性。

在前面我们提到了，src/main.rs 和 src/lib.rs 叫做 crate 根。之所以这样叫它们是因为这两个文件的内容都分别在 crate 模块结构的根组成了一个名为 crate 的模块，该结构被称为 模块树（module tree）。

示例 7-2 展示了示例 7-1 中的模块树的结构。

  1. crate
  2.  └── front_of_house
  3.      ├── hosting
  4.      │   ├── add_to_waitlist
  5.      │   └── seat_at_table
  6.      └── serving
  7.          ├── take_order
  8.          ├── serve_order
  9.          └── take_payment

示例 7-2: 示例 7-1 中代码的模块树

这个树展示了一些模块是如何被嵌入到另一个模块的（例如，hosting 嵌套在 front_of_house 中）。这个树还展示了一些模块是互为 兄弟（siblings） 的，这意味着它们定义在同一模块中（hosting 和 serving 被一起定义在 front_of_house 中）。继续沿用家庭关系的比喻，如果一个模块 A 被包含在模块 B 中，我们将模块 A 称为模块 B 的 子（child），模块 B 则是模块 A 的 父（parent）。注意，整个模块树都植根于名为 crate 的隐式模块下。

这个模块树可能会令你想起电脑上文件系统的目录树；这是一个非常恰当的类比！就像文件系统的目录，你可以使用模块来组织你的代码。并且，就像目录中的文件，我们需要一种方法来找到模块。