Rust专项——包与Crate详解：理解项目组织结构

红目香薰

发布于 2025-12-16 16:14:52

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引言

在掌握了函数和模块之后，我们需要理解Rust的项目组织层级：包（Package）和Crate。这是构建大型项目的关键，理解它们的关系将帮助您更好地组织代码、管理依赖和创建可复用的库。

Rust的包系统包括：

包（Package）：包含Cargo.toml的目录，可以包含多个Crate
Crate：编译单元，可以是库（library）或二进制（binary）
模块树：Crate内部的模块层次结构
依赖管理：使用Cargo管理外部依赖

本文将全面介绍Rust的包和Crate系统，包括：

包（Package）和Crate的概念
二进制Crate vs 库Crate
Cargo.toml配置文件详解
工作空间（Workspace）的使用
依赖管理
创建和使用库
最佳实践

通过本文的学习，你将能够：

理解Package和Crate的关系
创建二进制和库项目
配置Cargo.toml管理依赖
使用工作空间组织大型项目
发布和使用自己的库

1. Package和Crate基础

1.1 什么是Package？

**Package（包）**是一个包含 Cargo.toml 文件的目录，用于描述如何构建一个或多个Crate。

my_package/
├── Cargo.toml      # 包的配置文件
└── src/
    ├── main.rs     # 二进制Crate的入口（可选）
    └── lib.rs      # 库Crate的入口（可选）

Package的特点：

包含一个 Cargo.toml 文件
可以包含一个或多个Crate
可以有多个二进制Crate，但只能有一个库Crate
由Cargo管理

1.2 什么是Crate？

**Crate（箱）**是Rust的编译单元，可以编译成库或可执行文件。

两种类型的Crate：

二进制Crate（Binary Crate）
- 编译成可执行文件
- 必须有 main 函数作为入口
- 默认入口：src/main.rs
库Crate（Library Crate）
- 编译成库文件（.rlib）
- 供其他项目使用
- 默认入口：src/lib.rs

1.3 Package和Crate的关系

Package（包）
  ├── Library Crate（库，最多一个）
  │   └── src/lib.rs
  ├── Binary Crate 1（二进制）
  │   └── src/main.rs
  ├── Binary Crate 2（二进制）
  │   └── src/bin/binary2.rs
  └── Binary Crate 3（二进制）
      └── src/bin/binary3.rs

规则：

一个Package可以有0个或1个库Crate
一个Package可以有多个二进制Crate
如果Package只有 src/main.rs，则是一个二进制Package
如果Package有 src/lib.rs，则可以创建库和其他二进制文件

2. 创建不同类型的项目

2.1 创建二进制项目

# 创建新的二进制项目
cargo new my_binary_project

# 项目结构
my_binary_project/
├── Cargo.toml
└── src/
    └── main.rs

Cargo.toml：

[package]
name = "my_binary_project"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]

src/main.rs：

fn main() {
    println!("Hello, World!");
}

2.2 创建库项目

# 创建新的库项目
cargo new --lib my_library

# 项目结构
my_library/
├── Cargo.toml
└── src/
    └── lib.rs

Cargo.toml：

[package]
name = "my_library"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

src/lib.rs：

pub fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
    x + y
}

pub fn multiply(x: i32, y: i32) -> i32 {
    x * y
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn test_add() {
        assert_eq!(add(2, 3), 5);
    }
}

main.rs

// 方式1：使用 use 导入函数（推荐）
use my_library::{add, multiply};

fn main() {
    println!("=== 调用 lib.rs 中的函数 ===\n");
    
    // 使用导入的函数进行计算
    let sum = add(10, 20);
    let product = multiply(5, 6);
    
    println!("10 + 20 = {}", sum);
    println!("5 × 6 = {}", product);
    
    // 更多示例
    println!("\n更多计算：");
    println!("{} + {} = {}", 15, 25, add(15, 25));
    println!("{} × {} = {}", 7, 8, multiply(7, 8));
    
    // 方式2：使用完整路径（不需要 use）
    println!("\n使用完整路径调用：");
    println!("100 + 200 = {}", my_library::add(100, 200));
    println!("9 × 9 = {}", my_library::multiply(9, 9));
}

2.3 创建包含库和二进制的项目

# 创建新项目
cargo new my_project

# 项目结构
my_project/
├── Cargo.toml
└── src/
    ├── lib.rs      # 手动创建
    └── main.rs     # 已存在

src/lib.rs：

pub fn greet(name: &str) {
    println!("Hello, {}!", name);
}

pub fn calculate(x: i32, y: i32) -> i32 {
    x + y
}

src/main.rs：

use my_project::greet;

fn main() {
    greet("World");
    println!("结果: {}", my_project::calculate(10, 20));
}

2.4 创建多个二进制文件

可以在 src/bin/ 目录下创建多个二进制文件：

my_project/
├── Cargo.toml
└── src/
    ├── lib.rs
    ├── main.rs
    └── bin/
        ├── server.rs
        └── client.rs

src/bin/server.rs：

fn main() {
    println!("服务器启动");
}

src/bin/client.rs：

fn main() {
    println!("客户端启动");
}

运行不同的二进制文件：

cargo run                    # 运行 main.rs
cargo run --bin server       # 运行 server.rs
cargo run --bin client       # 运行 client.rs

3. Cargo.toml详解

3.1 package部分

[package]
name = "my_project"           # 项目名称（必须）
version = "0.1.0"             # 版本号（必须）
edition = "2021"              # Rust版本（必须：2015, 2018, 2021）
authors = ["Your Name <you@example.com>"]  # 作者（可选）
description = "项目描述"      # 描述（可选）
license = "MIT"               # 许可证（可选）
readme = "README.md"          # README文件（可选）
repository = "https://github.com/user/repo"  # 仓库地址（可选）
homepage = "https://example.com"  # 主页（可选）

3.2 dependencies部分

[dependencies]
# 从 crates.io 添加依赖
serde = "1.0"
tokio = { version = "1.0", features = ["full"] }

# 从 Git 添加依赖
my_crate = { git = "https://github.com/user/repo" }

# 从本地路径添加依赖
local_crate = { path = "../local_crate" }

# 指定版本范围
rand = "0.8"           # 版本 >=0.8.0 且 <0.9.0
json = "^1.2.3"        # 版本 >=1.2.3 且 <2.0.0
http = "~1.2.3"        # 版本 >=1.2.3 且 <1.3.0
log = "1.0.0"          # 精确版本

# 开发依赖（只在测试时使用）
[dev-dependencies]
proptest = "1.0"

# 构建依赖（在构建脚本中使用）
[build-dependencies]
cc = "1.0"

3.3 features部分

[dependencies]
my_crate = { version = "1.0", features = ["async", "tls"] }

# 定义自己的features
[features]
default = ["std"]      # 默认启用哪些features
std = []               # 名为"std"的feature
async = ["tokio"]
tls = ["rustls"]

使用features：

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

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

3.4 完整示例

[package]
name = "calculator"
version = "0.1.0"
edition = "2021"
authors = ["Your Name"]
description = "一个简单的计算器库"
license = "MIT OR Apache-2.0"
readme = "README.md"
repository = "https://github.com/user/calculator"

[dependencies]
serde = { version = "1.0", features = ["derive"] }
serde_json = "1.0"

[dev-dependencies]
criterion = "0.4"

[features]
default = ["std"]
std = []
advanced = []

[[bin]]
name = "calc"
path = "src/bin/calc.rs"

[[bin]]
name = "calc_cli"
path = "src/bin/cli.rs"

4. 使用外部Crate

4.1 添加依赖

在 Cargo.toml 中添加依赖：

[dependencies]
rand = "0.8"
serde = { version = "1.0", features = ["derive"] }

4.2 在代码中使用

// src/main.rs
use rand::Rng;

fn main() {
    let mut rng = rand::thread_rng();
    let number = rng.gen_range(1..=100);
    println!("随机数: {}", number);
}

4.3 使用库中的模块

use rand::Rng;
use rand::distributions::{Distribution, Uniform};

fn main() {
    let mut rng = rand::thread_rng();
    let die = Uniform::from(1..7);
    let roll = die.sample(&mut rng);
    println!("骰子: {}", roll);
}

5. 创建和使用库

5.1 创建库项目

cargo new --lib math_utils

src/lib.rs：

//! # Math Utilities
//! 
//! 提供各种数学计算功能

/// 计算两个数的和
pub fn add(x: f64, y: f64) -> f64 {
    x + y
}

/// 计算两个数的差
pub fn subtract(x: f64, y: f64) -> f64 {
    x - y
}

/// 计算两个数的积
pub fn multiply(x: f64, y: f64) -> f64 {
    x * y
}

/// 计算两个数的商
/// 
/// # 参数
/// 
/// * `x` - 被除数
/// * `y` - 除数
/// 
/// # 返回
/// 
/// 返回 `Some(结果)` 如果除数不为0，否则返回 `None`
/// 
/// # 示例
/// 
/// ```
/// use math_utils::divide;
/// 
/// assert_eq!(divide(10.0, 2.0), Some(5.0));
/// assert_eq!(divide(10.0, 0.0), None);
/// ```
pub fn divide(x: f64, y: f64) -> Option<f64> {
    if y != 0.0 {
        Some(x / y)
    } else {
        None
    }
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn test_add() {
        assert_eq!(add(2.0, 3.0), 5.0);
    }

    #[test]
    fn test_divide() {
        assert_eq!(divide(10.0, 2.0), Some(5.0));
        assert_eq!(divide(10.0, 0.0), None);
    }
}

5.2 在另一个项目中使用库

方式1：本地路径依赖

# 在另一个项目的 Cargo.toml 中
[dependencies]
math_utils = { path = "../math_utils" }

使用库：

use math_utils::{add, multiply};

fn main() {
    println!("{}", add(10.0, 20.0));
    println!("{}", multiply(3.0, 4.0));
}

方式2：Git依赖

[dependencies]
math_utils = { git = "https://github.com/user/math_utils" }

方式3：发布到crates.io

# 发布库到crates.io
cargo publish

然后使用：

[dependencies]
math_utils = "0.1.0"

6. 工作空间（Workspace）

6.1 什么是Workspace？

工作空间允许在一个大项目中管理多个相关的包：

workspace/
├── Cargo.toml          # 工作空间配置
├── binary_project/
│   ├── Cargo.toml
│   └── src/
│       └── main.rs
├── library_project/
│   ├── Cargo.toml
│   └── src/
│       └── lib.rs
└── shared_utils/
    ├── Cargo.toml
    └── src/
        └── lib.rs

6.2 创建工作空间

根目录 Cargo.toml：

[workspace]
members = [
    "binary_project",
    "library_project",
    "shared_utils",
]

[workspace.package]
version = "0.1.0"
edition = "2021"

成员项目的 Cargo.toml（简化）：

[package]
name = "binary_project"
version.workspace = true    # 使用工作空间的版本
edition.workspace = true    # 使用工作空间的版本

[dependencies]
library_project = { path = "../library_project" }
shared_utils = { path = "../shared_utils" }

6.3 工作空间的依赖管理

共享依赖：

# 工作空间根目录 Cargo.toml
[workspace]
members = ["project1", "project2"]

[workspace.dependencies]
serde = "1.0"
tokio = { version = "1.0", features = ["full"] }

成员项目使用共享依赖：

[package]
name = "project1"

[dependencies]
serde.workspace = true
tokio.workspace = true

6.4 工作空间示例

项目结构：

calculator_workspace/
├── Cargo.toml
├── calculator_lib/
│   ├── Cargo.toml
│   └── src/
│       └── lib.rs
├── calculator_cli/
│   ├── Cargo.toml
│   └── src/
│       └── main.rs
└── calculator_web/
    ├── Cargo.toml
    └── src/
        └── lib.rs

calculator_lib/src/lib.rs：

pub mod basic;
pub mod advanced;

pub use basic::{add, subtract};
pub use advanced::{power, sqrt};

calculator_cli/src/main.rs：

use calculator_lib::{add, multiply, power};

fn main() {
    println!("10 + 5 = {}", add(10.0, 5.0));
    println!("2^3 = {}", power(2.0, 3));
}

7. 模块系统与Crate的关系

7.1 Crate根

每个Crate都有一个根模块：

二进制Crate：src/main.rs 是根
库Crate：src/lib.rs 是根

7.2 模块树

Crate根 (lib.rs 或 main.rs)
  ├── 模块1
  │   ├── 函数
  │   └── 子模块
  ├── 模块2
  └── 模块3

示例：

// src/lib.rs (Crate根)
pub mod math {
    pub mod basic {
        pub fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
            x + y
        }
    }
    
    pub mod advanced {
        pub fn factorial(n: u32) -> u64 {
            if n <= 1 {
                1
            } else {
                n as u64 * factorial(n - 1)
            }
        }
    }
}

// 重新导出
pub use math::basic::add;
pub use math::advanced::factorial;

7.3 从文件系统加载模块

src/
├── lib.rs
├── math/
│   ├── mod.rs      # math模块的入口
│   ├── basic.rs    # basic子模块
│   └── advanced.rs # advanced子模块

src/lib.rs：

pub mod math;

src/math/mod.rs：

pub mod basic;
pub mod advanced;

src/math/basic.rs：

pub fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
    x + y
}

8. 发布库到crates.io

8.1 准备发布

[package]
name = "my_crate"           # 必须唯一
version = "0.1.0"
edition = "2021"

# 必需的元数据
authors = ["Your Name <you@example.com>"]
description = "库的简短描述"
license = "MIT OR Apache-2.0"
repository = "https://github.com/user/repo"
homepage = "https://example.com"
documentation = "https://docs.rs/my_crate"
keywords = ["keyword1", "keyword2"]
categories = ["category1", "category2"]

8.2 文档注释

/// 计算两个数的和
/// 
/// # 参数
/// 
/// * `a` - 第一个数
/// * `b` - 第二个数
/// 
/// # 返回
/// 
/// 返回两个数的和
/// 
/// # 示例
/// 
/// ```
/// use my_crate::add;
/// 
/// assert_eq!(add(2, 3), 5);
/// ```
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

8.3 发布过程

# 1. 登录crates.io
cargo login <your_api_token>

# 2. 检查包
cargo package

# 3. 发布
cargo publish

8.4 版本管理

遵循语义化版本（SemVer）：

主版本号：不兼容的API更改
次版本号：向后兼容的功能添加
修订版本号：向后兼容的bug修复

9. 最佳实践

9.1 项目结构

project/
├── Cargo.toml
├── README.md
├── LICENSE
├── src/
│   ├── lib.rs          # 库入口
│   ├── main.rs         # 二进制入口
│   ├── bin/            # 其他二进制文件
│   │   └── tool.rs
│   └── modules/        # 模块目录
│       ├── mod.rs
│       └── module1.rs
├── tests/              # 集成测试
│   └── integration_test.rs
└── examples/           # 示例代码
    └── example1.rs

9.2 依赖管理

# ✅ 好：指定版本范围
[dependencies]
serde = "1.0"           # 允许补丁和次版本更新

# ✅ 好：锁定主版本
tokio = "1.0"           # 允许1.x的任何版本

# ⚠️ 谨慎：精确版本（避免）
# serde = "1.0.0"        # 不会自动更新

# ✅ 好：使用工作空间管理共享依赖
[workspace.dependencies]
common_dep = "1.0"

9.3 可见性设计

// ✅ 好：公开API清晰
pub fn public_api() {}

// ✅ 好：内部实现私有
fn internal_helper() {}

// ✅ 好：模块内部公开
pub(crate) fn crate_internal() {}

9.4 文档注释

//! # Crate级别的文档
//! 
//! 这个库提供...

/// 函数级别的文档
/// 
/// ## 使用示例
/// 
/// ```
/// use my_crate::function;
/// function();
/// ```
pub fn function() {}

10. 实战示例：完整的库项目

10.1 项目结构

string_utils/
├── Cargo.toml
├── README.md
├── LICENSE
├── src/
│   ├── lib.rs
│   ├── formatting.rs
│   ├── validation.rs
│   └── transformation.rs
├── tests/
│   └── integration_test.rs
└── examples/
    └── basic_usage.rs

10.2 代码实现

Cargo.toml：

[package]
name = "string_utils"
version = "0.1.0"
edition = "2021"
authors = ["Your Name"]
description = "字符串工具库"
license = "MIT"

[dependencies]

[dev-dependencies]

src/lib.rs：

//! # String Utils
//! 
//! 提供各种字符串处理功能

pub mod formatting;
pub mod validation;
pub mod transformation;

pub use formatting::{reverse, capitalize, to_snake_case};
pub use validation::{is_email, is_phone, is_url};
pub use transformation::{trim_all, replace_all};

src/formatting.rs：

/// 反转字符串
pub fn reverse(s: &str) -> String {
    s.chars().rev().collect()
}

/// 首字母大写
pub fn capitalize(s: &str) -> String {
    let mut chars: Vec<char> = s.chars().collect();
    if !chars.is_empty() {
        chars[0] = chars[0].to_uppercase().next().unwrap();
    }
    chars.into_iter().collect()
}

/// 转换为蛇形命名
pub fn to_snake_case(s: &str) -> String {
    s.chars()
        .map(|c| if c.is_uppercase() {
            format!("_{}", c.to_lowercase())
        } else {
            c.to_string()
        })
        .collect()
}

src/validation.rs：

/// 验证邮箱格式
pub fn is_email(email: &str) -> bool {
    email.contains('@') && email.contains('.')
}

/// 验证电话号码
pub fn is_phone(phone: &str) -> bool {
    phone.chars().all(|c| c.is_numeric()) && phone.len() >= 10
}

/// 验证URL
pub fn is_url(url: &str) -> bool {
    url.starts_with("http://") || url.starts_with("https://")
}

tests/integration_test.rs：

use string_utils::{reverse, is_email, capitalize};

#[test]
fn test_reverse() {
    assert_eq!(reverse("hello"), "olleh");
}

#[test]
fn test_is_email() {
    assert!(is_email("test@example.com"));
    assert!(!is_email("invalid"));
}

#[test]
fn test_capitalize() {
    assert_eq!(capitalize("hello"), "Hello");
}

11. 常见错误与解决方案

错误1：找不到Crate

// 错误：未添加依赖
use some_crate::function;  // 编译错误！

解决：在Cargo.toml中添加依赖

[dependencies]
some_crate = "1.0"

错误2：模块未公开

// 在库中
mod internal {
    fn function() {}
}

// 在其他项目中使用
use my_crate::internal::function;  // 错误！

解决：使用pub关键字

pub mod internal {
    pub fn function() {}
}

错误3：工作空间配置错误

# 错误：成员路径不正确
[workspace]
members = ["project"]  # 如果project不存在，会失败

解决：确保所有成员都存在且包含Cargo.toml

12. 扩展练习

练习1：创建数学库

创建一个数学库，包含基础运算、统计、几何等功能，并发布。

练习2：工作空间管理

创建一个工作空间，包含库、CLI工具和Web服务三个项目。

练习3：依赖管理

创建一个项目，演示如何管理不同来源的依赖（crates.io、Git、本地路径）。

练习4：版本发布

创建一个库，演示版本管理和发布流程。

13. 总结

核心要点回顾

Package：包含Cargo.toml的目录，管理一个或多个Crate
Crate：编译单元，可以是库或二进制文件
Cargo.toml：包的配置文件，定义依赖和元数据
Workspace：管理多个相关包的工作空间
依赖管理：使用Cargo管理外部依赖

关键概念

✅ 二进制 vs 库：理解两种Crate类型的区别
✅ 模块系统：Crate内部的模块组织
✅ 依赖管理：从不同来源添加依赖
✅ 工作空间：组织大型项目

项目组织层级

Workspace（工作空间）
  └── Package（包）
      ├── Library Crate（库，可选）
      ├── Binary Crate 1（main.rs）
      └── Binary Crate N（bin/*.rs）
          └── Modules（模块）

下一步学习

掌握了包和Crate系统后，你将能够：

组织大型项目
创建可复用的库
管理项目依赖
与其他开发者协作

接下来我们将学习：

所有权系统：Rust的核心概念
引用与借用：在不转移所有权的情况下使用数据
生命周期：理解引用的生命周期

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原始发表：2025-12-16，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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