Rust学习笔记#0:初窥门径

Stella981
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Rust学习笔记#0:初窥门径

为什么选择Rust

这个世界上的编程语言不计其数,仅在 TIOBE(开发语言排行榜)上被纳入统计范围的就有273种之多,下图是当下最流行的前20种编程语言。 Rust学习笔记#0:初窥门径

这些优秀的编程语言往往都有自己的绝活,例如C性能非常高,Java便于抽象擅长组织大型程序,Python适合小巧的脚本,等等。但同样,它们也并非完美,性能高的C容易产生段错误(segfault,由访问不属于本程序拥有的内存所造成的崩溃,例如空指针解引用等),擅长抽象的Java需要垃圾回收(GC),上手快的Python解释执行速度较慢。所以,编程语言的设计和发展仍有进步的空间,而Rust就是近年来涌现的新一代的综合各大编程语言优点的集大成者。

Rust的设计者是这样定位这门语言的:

Rust is a system's programming language that runs blazingly fast, prevents segfaults, and guarantees thread safety.

Rust的突出优势可以总结为以下三点(无须看懂,知道Rust很厉害就完事了):

  • 内存安全:Rust最重要的特点就是可以提供内存安全保证,而且没有额外的性能损失。保证内存安全即不会出现内存访问错误,为此,Rust建立了严格的内存安全管理模型:
    • 所有权系统:每个被分配的内存都有一个独占其所有权的指针,只有当该指针被销毁时,其对应的内存才能随之被释放。所有权系统借鉴了C++的RAII机制,这是Rust无GC但是可以安全管理内存的基石。
    • 借用和生命周期:每个变量都有其生命周期,一旦超出生命周期,变量就会被自动释放。如果是借用,则可以通过标记生命周期参数供编译器检查的方式,防止出现悬垂指针,也就是释放后使用的情况。
  • 零成本抽象:抽象表达能力是使用编程语言高效开发的必要条件,有些语言的抽象表达能力是靠牺牲性能换来的,而Rust的抽象表达能力不会存在运行时性能开销。Rust零成本抽象的基石是泛型和trait。
  • 并发:内存安全的bug和并发安全的bug产生都是由内存的不正当访问造成的,所以,利用装载了所有权的强大类型系统,Rust能够在编译期检查出多线程并发代码中的数据竞争问题。

Rust以其独特的魅力已经连续多年荣膺StackOverflow网站罪受程序员欢迎的编程语言,虽然目前其在TIOBE榜单上还未入前列,但未来互联网必定更加注重安全和高性能,所以应运而生的Rust必将大有可为。

在学习Rust的语法之前,我们先一起来了解一下Rust的周边知识。

Rust常用网站

  • 官方网站:点击这里。在这里你可以找到官方教材TRPL等许多重要内容,所以探索一下此网站大有裨益。
  • 编译器是开源的:点击这里。对Rust语言来说,开源社区也是语言的一部分,这是和其他商用语言的区别所在。
  • 语言设计和相关讨论:点击这里。Rust每增加一个重要语言特性,都会经过标准的RFC流程,RFC文档是涵盖了语言特性的设计意图、详细设计、优缺点的完整技术方案。这对于我们学习者来说,可以通过阅读RFC来深入了解某个语言特性的来龙去脉,这将是一个极其宝贵的学习资源,有助于了解某个特性背后的原理。
  • 官方开源仓库:点击这里。该网站储存了Rust社区热门的开源库。

版本和发布策略

Rust编译器的版本号采用了“语义化版本号”(Semantic Versioning)的方案,版本格式为:主版本号.次版本号.修订号,其递增规则如下:

  • 主版本号:当做了不兼容的API修改
  • 次版本号:当做了向下兼容的功能性新增
  • 修订号:当做了向下兼容的问题修正

Rust团队维护三个发行分支:

  • 开发版(nightly):最新的功能将首先发布在此分支,供用户试用。
  • 测试版(beta):将nightly版本中验证过的功能开放给用户使用,可以看作是stable版本的预发布版本。
  • 稳定版(stable):每隔6个星期发布的稳定可靠的版本。

Rust语言每个相对复杂一点的新功能,都要经历如下步骤才算真正稳定可用:

RFC -> Nightly -> Beta -> Stable

有时一些新功能确实需要一定程度上破坏兼容性,为了最大程度上减少这些变动给用户带来的影响,Rust设计组又提出一个所谓的edition方案,目前有 2015 和 2018两种edition,我们可以设置"edition=2018"来告诉编译器我们使用的版本。

安装开发环境

根据官网的推荐,可以使用一个叫rustup的工具安装Rust相关的一整套工具链。命令如下:

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

我们可以使用rustup工具管理工具链:

// 更新rustup本身
rustup self update
// 更新工具链
rustup update

也可以用它在stable/beta/nightly三种版本中轻松切换:

// 安装nightly版本的工具链
rustup install nightly
// 设置默认工具链是nightly版本
rustup default nightly

若执行下列命令能够正确输出版本号则说明Rust安装成功:

rustc --version

若安装不成功,请尝试将~/.cargo/bin加入PATH环境变量中去。

~/.cargo/bin目录下可以找到Rust的一些常用工具,如下图所示:

Rust学习笔记#0:初窥门径

  • cargo:Rust的包管理器,类似于Python的pip、Node.js的npm。但cargo不仅局限于包管理,它还为Rust生态系统提供了标准的工作流,能够管理整个工作流程,从创建项目、运行单元测试和基准测试,到构建发布链接库,再到运行可执行文件,等等。
  • rustc:Rust的编译器,负责将Rust源代码编译为可执行文件或其他库文件。rustc是Rust开发的,其输出的错误信息非常友好和详尽,远超你见过的任何一款编译器。
  • rustdoc:文档生成器。
  • rls和racer:为编辑器准备的代码提示工具。
  • cargo-fmt和rustfmt:源代码格式化工具,有了这个,再也不用争论大括号是写在行尾还是另起一行了。
  • rust-gdb和rust-lldb:调试器。

对于IDE,Rust尚没有专属的IDE,我推荐Clion+Rust插件,已经非常好用了。

Hello World

配置好了开发环境,如何能不写一个充满仪式感的Hello World程序呢?来,新建一个文件,命名为hello_world.rs,内容如下:

// hello_world.rs
fn main() {
    let s = "hello world!";
    println!("{}", s);
}

然后使用rustc编译它,可看到当前文件夹下生成了一个名为hello_world的可执行程序:

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参考文献

  • 《Rust编程之道》张汉东
  • 《深入浅出Rust》范长春
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