如何扩展递归宏规则中的子模式？

Question

我正在编写一个宏，以便方便地将类型变量中的嵌套结构enum与编译时模板相匹配。这个想法是利用 Rust 的模式匹配在结构的某些位置强制执行特定值，或将变量绑定到其他有趣的位置。基本思想在我的实现中有效，但对于嵌套模式却失败了。我相信问题在于，一旦宏输入的一部分被解析为$<name>:pat它以后无法解析为$<name>:tt.

为了避免术语模式的使用不明确，我将根据 Rust 文档使用以下表示法：

• 模式是出现在手臂、语句中的内容，并通过片段说明符在宏中进行匹配matchif let$<name>:pat。
• 匹配者是宏中语法规则的左侧。
• 模板是宏输入的一部分，决定宏如何扩展。

游乐场 MCVE

这是我正在使用的类型的简化版本enum：

#[derive(Debug, Clone)]
enum TaggedValue {
    Str(&'static str),
    Seq(Vec<TaggedValue>),
}

例如，下面的表达式

use TaggedValue::*;
let expression = Seq(vec![
    Str("define"),
    Seq(vec![Str("mul"), Str("x"), Str("y")]),
    Seq(vec![Str("*"), Str("x"), Str("y")]),
]);

可以通过这个宏调用来匹配：

match_template!(
    &expression,                               // dynamic input structure
    { println!("fn {}: {:?}", name, body) },   // action to take after successful match
    [Str("define"), [Str(name), _, _], body]   // template to match against
);

name在这里，成功匹配后，标识符body将绑定到相应的子元素expression并作为块中的变量使用，并作为第二个参数传递给宏。

这是我编写上述宏的努力：

macro_rules! match_template {
    // match sequence template with one element
    ($exp:expr, $action:block, [$single:pat]) => {
        if let Seq(seq) = $exp {
            match_template!(&seq[0], $action, $single)
        } else {
            panic!("mismatch")
        }
    };

    // match sequence template with more than one element
    ($exp:expr, $action:block, [$first:pat, $($rest:tt)*]) => {
        if let Seq(seq) = $exp {
            // match first pattern in sequence against first element of $expr
            match_template!(&seq[0], {
                // then match remaining patterns against remaining elements of $expr
                match_template!(Seq(seq[1..].into()), $action, [$($rest)*])
            }, $first)
        } else {
            panic!("mismatch")
        }
    };

    // match a non sequence template and perform $action on success
    ($exp:expr, $action:block, $atom:pat) => {
        if let $atom = $exp $action else {panic!("mismatch")}
    };
}

对于非嵌套模板，它按预期工作，对于嵌套模板，我可以手动嵌套宏调用。但是，在单个宏调用中直接指定嵌套模板会失败并出现编译错误。

macro_rules! match_template {
    // match sequence template with one element
    ($exp:expr, $action:block, [$single:pat]) => {
        if let Seq(seq) = $exp {
            match_template!(&seq[0], $action, $single)
        } else {
            panic!("mismatch")
        }
    };

    // match sequence template with more than one element
    ($exp:expr, $action:block, [$first:pat, $($rest:tt)*]) => {
        if let Seq(seq) = $exp {
            // match first pattern in sequence against first element of $expr
            match_template!(&seq[0], {
                // then match remaining patterns against remaining elements of $expr
                match_template!(Seq(seq[1..].into()), $action, [$($rest)*])
            }, $first)
        } else {
            panic!("mismatch")
        }
    };

    // match a non sequence template and perform $action on success
    ($exp:expr, $action:block, $atom:pat) => {
        if let $atom = $exp $action else {panic!("mismatch")}
    };
}

游乐场 MCVE

我怀疑错误是这样说的[Str(name), _, _]被匹配为单个切片模式，该模式被第三个宏规则接受，导致类型不匹配。但是，我希望它是一个令牌树，以便第二条规则可以将其分解为一系列模式。

我尝试将第二条规则更改为($exp:expr, $action:block, [$first:tt, $($rest:tt)*]) =>但这只会导致错误发生在外层。

需要对宏进行哪些修改才能递归扩展此类模板？

（我不认为像递归宏中那样咀嚼令牌来解析 Rust 中的匹配臂在这里起作用，因为我明确想要在模式中绑定标识符。）

这就是我期望宏调用扩展为的内容（为简洁起见，忽略不匹配分​​支。此外，我通过后缀变量来模拟宏卫生seq）：

match_template!(
    &expression,
    {
        match_template!(
            signature,
            { println!("fn {}: {:?}", name, body) },
            [Str(name), _, _]
        )
    },
    [Str("define"), signature, body]
);
// prints:
//   fn mul: Seq([Str("*"), Str("x"), Str("y")])

match_template!(
    &expression,
    { println!("fn {}: {:?}", name, body) },
    [Str("define"), [Str(name), _, _], body]
);
// error[E0529]: expected an array or slice, found `TaggedValue`
//   --> src/main.rs:66:25
//    |
// 66 |         [Str("define"), [Str(name), _, _], body]
//    |                         ^^^^^^^^^^^^^^^^^ pattern cannot match with input type `TaggedValue`

完整的扩展有点冗长，但这个稍微缩短的版本抓住了应该发生的事情的本质：

// macro invocation
match_template!(
    &expression,
    { println!("fn {}: {:?}", name, body) },
    [Str("define"), [Str(name), _, _], body]
);

// expansion
if let Seq(seq_1) = &expression {
    if let Str("define") = &seq_1[0] {
        if let Seq(seq_1a) = Seq(seq_1[1..].into()) {
            if let Seq(seq_2) = &seq_1a[0] {
                if let Str(name) = &seq_2[0] {
                    if let Seq(seq_2a) = Seq(seq_2[1..].into()) {
                        if let _ = &seq_2a[0] {
                            if let Seq(seq_2b) = Seq(seq_2a[1..].into()) {
                                if let _ = &seq_2b[0] {
                                    if let Seq(seq_1b) = Seq(seq_1a[1..].into()) {
                                        if let body = &seq_1b[0] {
                                            { println!("fn {}: {:?}", name, body) }
                                        }
                                    }
                                }
                            }
                        } 
                    } 
                } 
            } 
        } 
    } 
} 

最后，这是另一个游乐场链接，显示了递归扩展的各个步骤。非常浓密。

Answer 1

事实上，问题似乎在于宏匹配逗号分隔的模式列表。因此，在输入中，[Str("define"), [Str(name), _, _], body]宏将内部解释[...]为无法匹配 类型表达式的切片模式TaggedValue。

解决方案是将输入扩展为令牌树。然而，这需要一个小技巧，因为单个令牌树无法代表每个模式。特别地，该形式的模式Variant(value)由两个标记树组成：Variant和(value)。在调用宏的终端（非递归）规则之前，可以将这两个标记组合回模式。

例如，在单元素模板中匹配此类模式的规则如下所示：

($exp:expr, $action:block, [$single_variant:tt $single_value:tt]) =>

这些标记一起传递给宏的另一个调用

match_template!(&seq[0], $action, $single_variant $single_value)

它们通过终端规则作为单个模式进行匹配

($exp:expr, $action:block, $atom:pat) =>

最终的宏定义包含两个附加规则来解释Variant(value)模式：

($exp:expr, $action:block, [$single_variant:tt $single_value:tt]) =>

这是完整示例的链接：playground。