Rust使用feature特性和条件编译，以及常用feature使用说明

Cargo Feature 是非常强大的机制，可以为大家提供条件编译和可选依赖的高级特性，可以为你省下不少的代码量来判断操作系统和条件编译等功能。rust官方条件编译文档：Conditional compilation - The Rust Reference

features特性

Featuure 可以通过 Cargo.toml 中的 [features] 部分来定义：其中每个 feature 通过列表的方式指定了它所能启用的其他 feature 或可选依赖。

假设我们有一个 2D 图像处理库，然后该库所支持的图片格式可以通过以下方式启用：

[features]
# 定义一个feature并启动: webp, 但它并没有启用其它 feature
webp = []

当定义了 webp 后，我们就可以在代码中通过 cfg 表达式来进行条件编译(cfg表达式讲解说明：https://xiaoshen.blog.csdn.net/article/details/137040041?spm=1001.2014.3001.5502)。例如项目中的 lib.rs 可以使用以下代码对 webp 模块进行条件引入:

#[cfg(feature = "webp")]
pub mod webp;

#[cfg(feature = "webp")] 的含义是：只有在 webp feature 被定义后，以下的 webp 模块才能被引入进来。由于我们之前在 [features] 里定义了 webp，因此以上代码的 webp 模块会被成功引入。

在 Cargo.toml 中定义的 feature 会被 Cargo 通过命令行参数 --cfg 传给 rustc，最终由后者完成编译：rustc --cfg ...。若项目中的代码想要测试 feature 是否存在，可以使用 cfg属性 或 cfg 宏。

之前我们提到了一个 feature 还可以开启其他 feature，举个例子，例如 ICO 图片格式包含 BMP 和 PNG，因此当 ICO 图片格式被启用后，它还得确保启用 BMP 和 PNG 格式：

[features]
bmp = []
png = []
ico = ["bmp", "png"]
webp = []

对此，我们可以理解为： bmp 和 png 是开启 ico 的先决条件。

Feature 名称可以包含来自 Unicode XID standard 定义的字母，允许使用 _ 或 0-9 的数字作为起始字符，在起始字符后，还可以使用 -、+ 或 . 。

但是我们还是推荐按照 http://crates.io 的方式来设置 Feature 名称 : crate.io 要求名称只能由 ASCII 字母数字、_、- 或 + 组成。

default feature

默认情况下，所有的 feature 都会被自动禁用，可以通过 default 来启用它们：

[features]
default = ["ico", "webp"]
bmp = []
png = []
ico = ["bmp", "png"]
webp = []

使用如上配置的项目被构建时，default feature 首先会被启用，然后它接着启用了 ico 和 webp feature，当然我们还可以关闭 default：

• --no-default-features 命令行参数可以禁用 default feature
• default-features = false 选项可以在依赖声明中指定

当你要去改变某个依赖库的  default 启用的 feature 列表时(例如觉得该库引入的 feature 过多，导致最终编译出的文件过大)，需要格外的小心，因为这可能会导致某些功能的缺失

系统自带feature 

target_arch：目标的 CPU 架构

示例值：

"x86"
"x86_64"
"mips"
"powerpc"
"powerpc64"
"arm"
"aarch64"

target_feature：当前编译目标可用的每个平台特性

示例值：

"avx"
"avx2"
"crt-static"
"rdrand"
"sse"
"sse2"
"sse4.1"

target_os ：目标操作系统

示例值：

"windows"
"macos"
"ios"
"linux"
"android"
"freebsd"
"dragonfly"
"openbsd"
"netbsd"
"none" (typical for embedded targets)

target_family ：目标的更通用的描述，例如目标通常所属的操作系统或体系结构的系列。

示例值：

"unix"
"windows"
"wasm"

可选依赖

当依赖被标记为 "可选 optional" 时，意味着它默认不会被编译。假设我们的 2D 图片处理库需要用到一个外部的包来处理 GIF 图片： 

[dependencies]
gif = { version = "0.11.1", optional = true }

这种可选依赖的写法会自动定义一个与依赖同名的 feature，也就是 gif feature，这样一来，当我们启用 gif feautre时，该依赖库也会被自动引入并启用：例如通过 --feature gif 的方式启用 feauture。

注意：目前来说，[fetuare] 中定义的 feature 还不能与已引入的依赖库同名。但是在 nightly 中已经提供了实验性的功能用于改变这一点: namespaced features

当然，我们还可以通过显式定义 feature 的方式来启用这些可选依赖库，例如为了支持 AVIF 图片格式，我们需要引入两个依赖包，由于 AVIF 是通过 feature 引入的可选格式，因此它依赖的两个包也必须声明为可选的:

[dependencies]
ravif = { version = "0.6.3", optional = true }
rgb = { version = "0.8.25", optional = true }
 
[features]
avif = ["ravif", "rgb"]

之后，avif feature 一旦被启用，那这两个依赖库也将自动被引入。

注意：我们之前也讲过条件引入依赖的方法，那就是使用平台相关的依赖，与基于 feature 的可选依赖不同，它们是基于特定平台的可选依赖。

依赖库自身的 feature

就像我们的项目可以定义 feature 一样，依赖库也可以定义它自己的 feature、也有需要启用的 feature 列表，当引入该依赖库时，我们可以通过以下方式为其启用相关的 features :

[dependencies]
serde = { version = "1.0.118", features = ["derive"] }

以上配置为 serde 依赖开启了 derive feature，还可以通过 default-features = false 来禁用依赖库的 default feature :

[dependencies]
flate2 = { version = "1.0.3", default-features = false, features = ["zlib"] }

这里我们禁用了 flate2 的 default feature，但又手动为它启用了 zlib feature。

注意：这种方式未必能成功禁用  default，原因是可能会有其它依赖也引入了  flate2，并且没有对  default 进行禁用，那此时  default 依然会被启用。

除此之外，还能通过下面的方式来间接开启依赖库的 feature :

[dependencies]
jpeg-decoder = { version = "0.1.20", default-features = false }
 
[features]
# Enables parallel processing support by enabling the "rayon" feature of jpeg-decoder.
parallel = ["jpeg-decoder/rayon"]

如上所示，我们定义了一个 parallel feature，同时为其启用了 jpeg-decoder 依赖的 rayon feature。

通过命令行参数启用feature

以下的命令行参数可以启用指定的 feature :

• --features FEATURES: 启用给出的 feature 列表，可以使用逗号或空格进行分隔，若你是在终端中使用，还需要加上双引号，例如 --features "foo bar"。 若在工作空间中构建多个 package，可以使用 package-name/feature-name 为特定的成员启用 features
• --all-features: 启用命令行上所选择的所有包的所有 features
• --no-default-features: 对选择的包禁用 default featue

feature同一化

feature 只有在定义的包中才是唯一的，不同包之间的 feature 允许同名。因此，在一个包上启用 feature 不会导致另一个包的同名 feature 被误启用。

当一个依赖被多个包所使用时，这些包对该依赖所设置的 feature 将被进行合并，这样才能确保该依赖只有一个拷贝存在，这个过程就被称之为同一化。

这里，我们使用 winapi 为例来说明这个过程。首先，winapi 使用了大量的 features；然后我们有两个包 foo 和 bar 分别使用了它的两个 features，那么在合并后，最终 winapi 将同时启四个 features :

由于这种不可控性，我们需要让 启用feature = 添加特性 这个等式成立，换而言之，启用一个 feature 不应该导致某个功能被禁止。这样才能的让多个包启用同一个依赖的不同features。

例如，如果我们想可选的支持 no_std 环境(不使用标准库)，那么有两种做法：

• 默认代码使用标准库的，当该 no_std feature 启用时，禁用相关的标准库代码
• 默认代码使用非标准库的，当 std feature 启用时，才使用标准库的代码

前者就是功能削减，与之相对，后者是功能添加，根据之前的内容，我们应该选择后者的做法：

#![no_std]
 
#[cfg(feature = "std")]
extern crate std;
 
#[cfg(feature = "std")]
pub fn function_that_requires_std() {
    // ...
}

彼此互斥的feature

某极少数情况下，features 之间可能会互相不兼容。我们应该避免这种设计，因为如果一旦这么设计了，那你可能需要修改依赖图的很多地方才能避免两个不兼容 feature 的同时启用。

如果实在没有办法，可以考虑增加一个编译错误来让报错更清晰:

#[cfg(all(feature = "foo", feature = "bar"))]
compile_error!("feature \"foo\" and feature \"bar\" cannot be enabled at the same time");

当同时启用 foo 和 bar 时，编译器就会爆出一个更清晰的错误：feature foo 和 bar 无法同时启用。

总之，我们还是应该在设计上避免这种情况的发生，例如：

• 将某个功能分割到多个包中
• 当冲突时，设置 feature 优先级，cfg-if 包可以帮助我们写出更复杂的 cfg 表达式

检视已解析的features

在复杂的依赖图中，如果想要了解不同的 features 是如何被多个包多启用的，这是相当困难的。好在 cargo tree 命令提供了几个选项可以帮组我们更好的检视哪些 features 被启用了:

cargo tree -e features ，该命令以依赖图的方式来展示已启用的 features，包含了每个依赖包所启用的特性：

$ cargo tree -e features
test_cargo v0.1.0 (/Users/sunfei/development/rust/demos/test_cargo)
└── uuid feature "default"
    ├── uuid v0.8.2
    └── uuid feature "std"
        └── uuid v0.8.2

cargo tree -f "{p} {f}" 命令会提供一个更加紧凑的视图：

% cargo tree -f "{p} {f}"
test_cargo v0.1.0 (/Users/sunfei/development/rust/demos/test_cargo) 
└── uuid v0.8.2 default,std

cargo tree -e features -i foo，该命令会显示 features 会如何"流入"指定的包 foo 中:

cargo tree -e features -i uuid
uuid v0.8.2
├── uuid feature "default"
│   └── test_cargo v0.1.0 (/Users/sunfei/development/rust/demos/test_cargo)
│       └── test_cargo feature "default" (command-line)
└── uuid feature "std"
    └── uuid feature "default" (*)

该命令在依赖图较为复杂时非常有用，使用它可以让你了解某个依赖包上开启了哪些 features 以及其中的原因。

大家可以查看官方的 cargo tree 文档获取更加详细的使用信息。

Feature解析器V2版本

我们还能通过以下配置指定使用 V2 版本的解析器( resolver ):

[package]
name = "my-package"
version = "1.0.0"
resolver = "2"

V2 版本的解析器可以在某些情况下避免 feature 同一化的发生，具体的情况在这里有描述，下面做下简单的总结:

• 为特定平台开启的 features 且此时并没有被构建，会被忽略
• Build-dependencies 和 proc-macros 不再跟普通的依赖共享 features
• Dev-dependencies 的 features 不会被启用，除非正在构建的对象需要它们(例如测试对象、示例对象等)

对于部分场景而言，feature 同一化确实是需要避免的，例如，一个构建依赖开启了 std feature，而同一个依赖又被用于 no_std 环境，很明显，开启 std 将导致错误的发生。

说完优点，我们再来看看 V2 的缺点，其中增加编译构建时间就是其中之一，原因是同一个依赖会被构建多次(每个都拥有不同的 feature 列表)。

由于此部分内容可能只有极少数的用户需要，因此我们并没有对其进行扩展，如果大家希望了解更多关于 V2 的内容，可以查看 官方文档

构建脚本

构建脚本可以通过 CARGO_FEATURE_<name> 环境变量获取启用的 feauture 列表，其中 <name> 是 feature 的名称，该名称被转换成大全写字母，且 - 被转换为 _。

required-features

该字段可以用于禁用特定的 Cargo Target：当某个 feature 没有被启用时，查看这里获取更多信息。

SemVer兼容性

启用一个 feautre 不应该引入一个不兼容 SemVer 的改变。例如，启用的 feature 不应该改变现有的 API，因为这会给用户造成不兼容的破坏性变更。 如果大家想知道哪些变化是兼容的，可以参见官方文档。

总之，在新增/移除 feature 或可选依赖时，你需要小心，因此这些可能会造成向后不兼容性。更多信息参见这里，简单总结如下：

• 在发布 minor 版本时，以下通常是安全的:
• 新增 feature 或可选依赖
• 修改某个依赖的 features
• 在发布 minor 时，以下操作应该避免：
• 移除 feature 或可选依赖
• 将现有的公有代码放在某个 feature 之后
• 从 feature 列表中移除一个 feature

feature文档和发现

将你的项目支持的 feature 信息写入到文档中是非常好的选择:

• 我们可以通过在 lib.rs 的顶部添加文档注释的方式来实现。例如 regex 就是这么做的。
• 若项目拥有一个用户手册，那也可以在那里添加说明，例如 serde.rs。
• 若项目是二进制类型(可运行的应用服务，包含 fn main 入口)，可以将说明放在 README 文件或其他文档中，例如 sccache。

特别是对于不稳定的或者不该再被使用的 feature 而言，它们更应该被放在文档中进行清晰的说明。

当构建发布到 docs.rs 上的文档时，会使用 Cargo.toml 中的元数据来控制哪些 features 会被启用。查看 docs.rs 文档获取更多信息。

如何发现features

若依赖库的文档中对其使用的 features 做了详细描述，那你会更容易知道他们使用了哪些 features 以及该如何使用。

当依赖库的文档没有相关信息时，你也可以通过源码仓库的 Cargo.toml 文件来获取，但是有些时候，使用这种方式来跟踪并获取全部相关的信息是相当困难的。