我们都知道如何在 Rust 中初始化一个简单的结构体，但面对复杂结构体时，我们应该选择怎样的方式去初始化它呢？在分析 Substrate 代码的过程中，学习到一些复杂结构体初始化的设计模式，本文整理总结如下：

• new模式

• builder模式

• Default模式

new模式

初始化结构体的第一种模式，就是在结构体中使用以下签名声明一个new函数。

pub fn new(param1, param2 : T) -> Self {
 Self {
 // 初始化
 }
}

这种是最常见的方式。它非常简单，对于简单的结构体也很适用。比如在 Substrate 的primitives/runtime/src/offchain/http.rs中有如下代码：

pub struct Header {
 name: Vec<u8>,
 value: Vec<u8>,
}

impl Header {
 /// Creates new header given it's name and value.
 pub fn new(name: &str, value: &str) -> Self {
 Header {
 name: name.as_bytes().to_vec(),
 value: value.as_bytes().to_vec(),
 }
 }
}

但是，随着结构体复杂性的增加，它开始出现问题。比如：

impl<B, E, Block, RA> Client<B, E, Block, RA> where
 B: backend::Backend<Block>,
 E: CallExecutor<Block>,
 Block: BlockT,
{
 /// Creates new Substrate Client with given blockchain and code executor.
 pub fn new(
 backend: Arc<B>,
 executor: E,
 build_genesis_storage: &dyn BuildStorage,
 fork_blocks: ForkBlocks<Block>,
 bad_blocks: BadBlocks<Block>,
 execution_extensions: ExecutionExtensions<Block>,
 _prometheus_registry: Option<Registry>,
 ) -> sp_blockchain::Result<Self> {

 }

如果要在其它文件或 crate 中构造此结构体Client，除非记住new函数的签名或借助IDE的提示，否则可能会不记得参数列表。而且new模式还有个问题，就是不适合用在供外部使用的API实现上，因为如果结构体增加或减少一个字段，所有调用该new函数的地方都要做相应的修改。

builder模式

上面提到的问题，可以使用builder模式来解决。这是初始化结构体的第二种模式，就是为结构体使用以下签名实现一个build函数。

impl Struct {
 pub fn build(self) -> Struct {
 // 初始化
 Struct {

 }
 }
}

在分析 Substrate 启动流程代码的过程中，有一个很重要的类型ServiceBuilder，通过构建它来启动整个区块链服务所需要的各种组件。代码在client/service/src/builder.rs中：

pub struct ServiceBuilder<TBl, TRtApi, TCl, TFchr, TSc, TImpQu, TFprb, TFpp,
 TExPool, TRpc, Backend>
{
 config: Configuration,
 pub (crate) client: Arc<TCl>,
 backend: Arc<Backend>,
 tasks_builder: TaskManagerBuilder,
 keystore: Arc<RwLock<Keystore>>,
 fetcher: Option<TFchr>,
 select_chain: Option<TSc>,
 pub (crate) import_queue: TImpQu,
 finality_proof_request_builder: Option<TFprb>,
 finality_proof_provider: Option<TFpp>,
 transaction_pool: Arc<TExPool>,
 rpc_extensions: TRpc,
 remote_backend: Option<Arc<dyn RemoteBlockchain<TBl>>>,
 marker: PhantomData<(TBl, TRtApi)>,
 background_tasks: Vec<(&'static str, BackgroundTask)>,
}

impl ServiceBuilder<(), (), (), (), (), (), (), (), (), (), ()> {

 /// Start the service builder with a configuration.
 pub fn new_light<TBl: BlockT, TRtApi, TExecDisp: NativeExecutionDispatch + 'static>(
 config: Configuration,
 ) -> Result<ServiceBuilder<
 ...
 >, Error> {
 ...
 Ok(ServiceBuilder {
 ...
 })
 }
}

impl<TBl, TRtApi, TBackend, TExec, TSc, TImpQu, TExPool, TRpc>
ServiceBuilder<
 ...
> where
 ...
{
 /// Builds the service.
 pub fn build(self) -> Result<Service<
 ...
 >, Error>
 where TExec: CallExecutor<TBl, Backend = TBackend>,
 {
 ...
 Ok(Service {
 ...
 })
 }
}

从build函数的签名可以看出builder模式不需要指定所有内容来构建结构体ServiceBuilder。我们看如何使用它，代码在bin/node/cli/src/service.rs中：

/// Builds a new service for a light client.
pub fn new_light(config: Configuration)
-> Result<impl AbstractService, ServiceError> {
 type RpcExtension = jsonrpc_core::IoHandler<sc_rpc::Metadata>;
 let inherent_data_providers = InherentDataProviders::new();

 let service = ServiceBuilder::new_light::<Block, RuntimeApi, node_executor::Executor>(config)
 .with_select_chain(|_config, backend| {
 Ok(LongestChain::new(backend.clone()))
 })
 ...
 .build();

 Ok(service)
}

由于这个结构体相当的复杂，它的构建方法build函数有503行。这说明了builder模式的一个大缺点：非常长。行数是new模式的几倍。

Default模式

这是初始化结构体的第三种模式，就是先为结构体实现Default，实现default函数，然后再为其实现一个类似build的函数。

impl Default for Struct {
 fn default() -> Self {
 // 初始化部分
 }
}

impl Struct {
 pub fn build(self) -> Struct {
 // 初始化
 Struct {

 }
 }
}

在 Substrate 中有个投票规则的构建器VotingRulesBuilder，它使用一组规则来逐步约束投票。代码在client/finality-grandpa/src/voting_rule.rs中：

pub struct VotingRulesBuilder<Block, B> {
 rules: Vec<Box<dyn VotingRule<Block, B>>>,
}

impl<Block, B> Default for VotingRulesBuilder<Block, B> where
 Block: BlockT,
 B: HeaderBackend<Block>,
{
 fn default() -> Self {
 VotingRulesBuilder::new()
 .add(BeforeBestBlockBy(2.into()))
 .add(ThreeQuartersOfTheUnfinalizedChain)
 }
}

impl<Block, B> VotingRulesBuilder<Block, B> where
 Block: BlockT,
 B: HeaderBackend<Block>,
{
 /// Return a new `VotingRule` that applies all of the previously added
 /// voting rules in-order.
 pub fn build(self) -> impl VotingRule<Block, B> + Clone {
 VotingRules {
 rules: Arc::new(self.rules),
 }
 }
}

这段代码看起来非常类似于builder模式，但是与其相比，我们大大降低了build代码的长度。如果需要进行一些默认的操作，则可以在default()函数中进行。关于使用，我们可以在bin/node/cli/src/service.rs中看到如下的代码：

voting_rule:grandpa::VotingRulesBuilder::default().build(),

结语

在开发过程中，我们可以根据实际需要，灵活使用这三种设计模式。