JavaのMapStructをRustで実装する

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title: "Java's MapStruct Implemented in Rust" summary: "Rust macro-based alternative to Java's MapStruct for automatic struct conversion."

Javaのエコシステムには、MapStructと呼ばれるBean変換ツールがあり、Bean間の変換を非常に便利にします。その原理は、コンパイル時に変換メソッドを生成することです。Rustのマクロもコンパイル時のコード生成をサポートしているため、属性マクロを使用してMapStructの簡単なバージョンを実装することにしました。

Rustのマクロの基本

Rustのマクロは、主に宣言マクロ（macro_rules!）と、次の3種類のプロシージャルマクロに分けられます。

• Deriveマクロ：これらは、Debugトレイトなど、ターゲットのstructまたはenumに対して特定のコードを導出するために一般的に使用されます。
• 属性のようなマクロ：これらは、ターゲットにカスタム属性を追加するために使用されます。
• 関数のようなマクロ：これらは関数呼び出しに似ています。

実装原理の分析

RustでBean間の変換を行う場合、非常に簡単です。Fromトレイトを実装し、fromメソッド内で変換ロジックを定義できます。

pub struct Person {
    name: String,
    age: u32,
}
pub struct PersonDto {
    name: String,
    age: u32,
}
impl From<Person> for PersonDto {
    fn from(item: Person) -> PersonDto {
        PersonDto {
            name: item.name,
            age: item.age,
        }
    }
}
fn main() {
    let person = Person {
        name: "Alice".to_string(),
        age: 30,
    };

    let dto: PersonDto = person.into(); // Use the auto-generated From implementation for conversion
    println!("dto: name:{}, age:{}", dto.name, dto.age);
}

したがって、これをマクロを使用してRustで実装するには、マクロにFromメソッドを自動的に生成させ、自動変換を有効にする必要があります。

使いやすくするために、Dieselの#[diesel(table_name = blog_users)]のような構文からヒントを得ました。私たちのマクロは、structの上に#[auto_map(target = "PersonDto")]を追加するだけで使用できます。非常にクリーンでエレガントです。

#[auto_map(target = "PersonDto")]
pub struct Person {
    name: String,
    age: u32,
}

コードの実装

マクロの使用法は#[auto_map(target = "PersonDto")]であるため、マクロのワークフローはほぼ固定されています。PersonとPersonDtoを例にとると、プロセスは次のようになります。

1. マクロから"target"パラメーターを抽出します。
2. 入力struct（Person）を解析します。
3. 入力structからフィールド名と型を抽出します。
4. ターゲット型を解析します。
5. 元のstructを再生成し、Fromメソッドを実装します。

ステップ1：プロジェクトを作成し、依存関係を追加します

cargo new rust_mapstruct --lib
cd rust_mapstruct

マクロのコード生成にはRustのASTの解析が必要なため、quoteとsynという2つのキーライブラリが必要です。また、マクロを作成するため、proc-macro = trueを指定する必要があります。

依存関係の完全なリスト：

[lib]
proc-macro = true

[dependencies]
proc-macro2 = "1.0"
quote = "1.0"
syn = { version = "1.0.17", features = ["full"] }

ステップ2：lib.rsのコアコードを変更します

1. コア機能を定義します

#[proc_macro_attribute]
pub fn auto_map(args: TokenStream, input: TokenStream) -> TokenStream {

}

2. "target"パラメーターを抽出して解析します

これは複数のパラメーターをサポートするように拡張できますが、MapStructのようなツールに必要なパラメーターは1つだけなので、target文字列を直接照合します。後でこれを拡張して、さらにパラメーターを追加できます。

let args = parse_macro_input!(args as AttributeArgs);
// Extract and parse the "target" parameter
let target_type = args
    .iter()
    .find_map(|arg| {
        if let NestedMeta::Meta(Meta::NameValue(m)) = arg {
            if m.path.is_ident("target") {
                if let Lit::Str(lit) = &m.lit {
                    return Some(lit.value());
                }
            }
        }
        None
    })
    .expect("auto_map requires a 'target' argument");

3. 入力struct（Person）を解析します

// Parse the input struct
let input = parse_macro_input!(input as DeriveInput);
let struct_name = input.ident;

let struct_data = match input.data {
    Data::Struct(data) => data,
    _ => panic!("auto_map only supports structs"),
};

4. Personからフィールド名と型を抽出します

let (field_names, field_mappings): (Vec<_>, Vec<_>) = struct_data.fields.iter().map(|f| {
    let field_name = f.ident.as_ref().unwrap();
    let field_type = &f.ty;
    (field_name.clone(), quote! { #field_name: #field_type })
}).unzip();

5. ターゲット型（PersonDto）を解析します

syn::parse_strは、文字列をRustの型に変換できます。

// Parse the target type
let target_type_tokens = syn::parse_str::<syn::Type>(&target_type).unwrap();

6. 元のstructとFromの実装を生成します

quote内のコードは、単純なテンプレートエンジンとして機能します。Webページのテンプレートを作成したことがある場合は、これによく似ているはずです。最初の部分は元のPerson structを再生成し、2番目の部分はFromメソッドを生成します。解析されたパラメーターをテンプレートにプラグインするだけです。

// Regenerate original struct and conversion implementation
let expanded = quote! {
    // Note: this generates the original struct `Person`
    pub struct #struct_name {
        #( #field_mappings, )*
    }

    impl From<#struct_name> for #target_type_tokens {
        fn from(item: #struct_name) -> #target_type_tokens {
            #target_type_tokens {
                #( #field_names: item.#field_names, )*
            }
        }
    }
};

expanded.into()

ステップ3：プロジェクトでマクロをテストします

まず、cargo buildでマクロプロジェクトをコンパイルします。次に、新しいテストプロジェクトを作成します。

cargo new test-mapstruct
cd test-mapstruct

Cargo.tomlの依存関係を変更します

[dependencies]
rust_mapstruct = { path = "../rust_mapstruct" }

main.rsに簡単なテストを記述します

use rust_mapstruct::auto_map;

#[auto_map(target = "PersonDto")]
pub struct Person {
    name: String,
    age: u32,
}
pub struct PersonDto {
    name: String,
    age: u32,
}
fn main() {
    let person = Person {
        name: "Alice".to_string(),
        age: 30,
    };

    let dto: PersonDto = person.into(); // Use the auto-generated From implementation for conversion
    println!("dto: name:{}, age:{}", dto.name, dto.age);
}

コードを実行して結果を確認します

test-mapstructプロジェクトで、cargo build、cargo runを実行し、結果を確認してください！

❯ cargo build
   Compiling test-mapstruct v0.1.0 (/home/maocg/study/test-mapstruct)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.26s

test-mapstruct on master
❯ cargo run
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.00s
     Running `target/debug/test-mapstruct`
dto: name:Alice, age:30

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