Rust背景

讓我們從Rust語言的背景開始，探索它的起源。Rust最初是Mozilla研究院在2006年的一個個人項(xiàng)目。第一個穩(wěn)定的公開版本發(fā)布于2015年5月，但在此之前Mozilla已經(jīng)在生產(chǎn)軟件中使用了Rust。2021年，Rust基金會成立，其憲章是管理Rust發(fā)布路線圖和語言治理。多年來，許多大公司（如亞馬遜、谷歌、微軟、Meta等）采用Rust進(jìn)行系統(tǒng)和應(yīng)用程序開發(fā)。截至撰寫本文時，當(dāng)前的發(fā)布版本是1.74.0。

Rust被認(rèn)為是一種重要的語言，主要原因是它的執(zhí)行速度、內(nèi)存管理/安全性以及并發(fā)能力。

與其他語言相比，Rust程序免受以下問題的困擾：

• 懸空指針
• 數(shù)據(jù)競爭
• 緩沖區(qū)溢出
• 迭代器失效

當(dāng)你開始使用Rust時，我發(fā)現(xiàn)最令人沮喪但同時也最有益的能力是，編譯器幾乎會引導(dǎo)你編寫正確的代碼。但它非常挑剔。Rust是一種靜態(tài)且強(qiáng)類型的語言。變量類型必須在編譯時已知，試圖將一種類型的變量賦值給另一種類型的變量會導(dǎo)致編譯錯誤。編譯器會提供盡可能多的信息，甚至是解決方案。

下面是一個嘗試將字符串傳遞給無符號整數(shù)變量的人為示例。

不用擔(dān)心上面的代碼，現(xiàn)在只關(guān)注以下幾行，解釋究竟發(fā)生了什么。它告訴我們問題出現(xiàn)在第3行，以及具體的問題是什么。我們將在本文的后續(xù)部分以及未來的文章中進(jìn)一步探討為什么會發(fā)生這種類型錯誤。

3 | let j : u32 = i;
  | — — ^ expected `u32`, found `String`

Rust安裝指南

在探索Rust的過程中，我們會發(fā)現(xiàn)其工具鏈非常出色，從安裝開始就不例外。

Rustup

Rustup 是安裝 Rust 的工具，它允許用戶在穩(wěn)定版、測試版和夜間版編譯器構(gòu)建之間切換，并且可以在每個類別中保持更新到新版本。它在Rust支持的所有平臺上運(yùn)行。我們將探討提供的文檔，Rustup 有自己的書籍可以在這里找到。

訪問 https://rustup.rs/，它會嘗試檢測您的操作系統(tǒng)并展示安裝Rust的方法。在我的Mac上，它檢測到Unix系統(tǒng)并提供了curl安裝方法。但使用Homebrew安裝會更簡單。

brew install rustup

安裝完成后，運(yùn)行以下命令來初始化您的Rust環(huán)境。

rustup-init

然后通過運(yùn)行以下命令來驗(yàn)證。

rustc --version

您可以通過運(yùn)行以下命令來確保擁有最新版本。

rustup upgrade

如果有最新版本可用，它將安裝該版本。Rust的升級周期相對較頻繁，因此您可能需要比使用其他語言時更頻繁地運(yùn)行此命令。

如果您想知道像rustc、cargo和rustup這樣的工具安裝在哪里，請查看 $HOME/.cargo/bin 目錄。

Visual Studio Code

雖然有幾種IDE可用于Rust，但我發(fā)現(xiàn)Visual Studio Code非常好用。假設(shè)您已經(jīng)使用rustup安裝了Rust，并且安裝了Visual Studio Code，您會想安裝“rust-analyzer”擴(kuò)展。我還安裝了“rust”擴(kuò)展。

在Mac上，您還需要運(yùn)行以下命令來啟用從命令行啟動VS Code。在VS Code中通過運(yùn)行以下命令來完成此操作。

通過??P打開命令面板，并鍵入shell command來找到Shell Command：

在執(zhí)行“Install ‘code’ command in PATH”命令之前，先使用“Uninstall ‘code’ command in PATH”命令。

執(zhí)行該命令后，您就可以在任何文件夾中簡單地鍵入 code . 來打開VS Code并開始編輯該文件夾中的文件。

Rust Playground

在Rust的入門討論中，如果不提到這個對語言學(xué)習(xí)者來說神奇的工具，那就不完整了。如果你想嘗試運(yùn)行Rust代碼，卻不想安裝它，或者你想快速測試一些代碼，可以使用Rust Playground：https://play.rust-lang.org/。這是一個功能齊全的Rust環(huán)境，允許你交互、調(diào)試甚至分享你的Rust代碼。

Rust Playground擁有很多優(yōu)秀的功能。這包括訪問用于格式化或?qū)彶镽ust代碼的工具（我們將在下面探討這些）。如你所見，它甚至能輕松地與他人分享代碼，比如，通過點(diǎn)擊這個鏈接：

https://play.rust-lang.org/?versinotallow=stable&mode=debug&editinotallow=2021&gist=94762255ffdfc1bf6ca26a6ec10154b9

Cargo

Cargo是Rust的構(gòu)建系統(tǒng)和包管理器。Cargo為你處理許多任務(wù)，如構(gòu)建代碼、下載代碼依賴的庫以及構(gòu)建這些依賴。我發(fā)現(xiàn)使用Cargo是管理Rust項(xiàng)目最簡單的方式。

% cargo --version
cargo 1.74.0 (ecb9851af 2023-10-18)

這是我當(dāng)前系統(tǒng)上的結(jié)果，因?yàn)槲艺谶\(yùn)行Rust 1.74.0。

Cargo允許高效管理新項(xiàng)目，讓我向你展示我覺得有用的流程。

cargo new hello_cargo

cd hello_cargo

code .

這將創(chuàng)建一個帶有依賴管理文件、git文件的新項(xiàng)目，切換到那個目錄，然后用VS Code打開那個文件夾。

創(chuàng)建的依賴管理文件名為Cargo.toml。toml是Cargo的配置格式。

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

# 詳細(xì)信息請見 https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html

[dependencies]

Cargo希望你的源文件位于src目錄內(nèi)。

如果你通過其他方式開始一個項(xiàng)目，可以通過確保項(xiàng)目代碼在src目錄內(nèi)，并創(chuàng)建一個適當(dāng)?shù)腃argo.toml文件（如上所示），輕松將其轉(zhuǎn)換為使用Cargo的項(xiàng)目。

常用的Cargo命令包括：

# 清理項(xiàng)目的構(gòu)建產(chǎn)物
cargo clean

# 檢查是否能編譯，但不進(jìn)行構(gòu)建
cargo check

# 構(gòu)建項(xiàng)目
cargo build

# 構(gòu)建不帶調(diào)試信息的發(fā)布版本
cargo build --release

# 運(yùn)行項(xiàng)目
cargo run

# 打開包含項(xiàng)目文檔的頁面（包括任何///注釋）
cargo doc --open

# 自動修復(fù)代碼問題
cargo fix

Crate（箱）

在Rust中，crate是編譯器一次考慮的最小代碼單元。crate有兩種形式：二進(jìn)制crate和庫crate。二進(jìn)制crate是你可以編譯成可執(zhí)行文件的程序，比如命令行程序或服務(wù)器。這些程序有一個叫做main的函數(shù)。Crate可以包含模塊，這些模塊可能在其他文件中定義。

庫crate沒有main函數(shù)，它們不編譯成可執(zhí)行文件。相反，它們定義的功能旨在與多個項(xiàng)目共享。

包（package）是一個或多個crate的捆綁，提供一組功能。包含一個Cargo.toml文件，描述如何構(gòu)建這些crate。

在本系列后續(xù)文章中，我們將看到如何將應(yīng)用程序分割成不同的crate、包和模塊的示例。

工具

rustfmt

rustfmt是一個工具，用于根據(jù)社區(qū)代碼風(fēng)格指南格式化Rust代碼。它是非?？膳渲玫?，你可以創(chuàng)建一個名為rustfmt.toml的文件，并設(shè)置這里找到的任何參數(shù)來格式化你的代碼。

直接運(yùn)行：

rustfmt main.rs

由于我發(fā)現(xiàn)Cargo是所有命令行工具的首選選項(xiàng)，我只需簡單運(yùn)行：

cargo fmt

注意，rustfmt也是Rust Playground中TOOLS下的一個選項(xiàng)。

clippy

Clippy工具是一組靜態(tài)代碼分析規(guī)則的集合，用于標(biāo)記編程錯誤、bug、風(fēng)格錯誤和可疑結(jié)構(gòu)。Clippy用于分析你的代碼，以便你可以捕捉常見錯誤并改進(jìn)你的Rust代碼。

它可以通過輸入以下命令簡單運(yùn)行：

cargo clippy

注意，clippy也是Rust Playground中TOOLS下的一個選項(xiàng)。

Primitive Types

在本文的最后一部分，我們將探討Rust支持的原始類型（primitive types）。

Rust中最簡單的類型被稱為原始類型。這些包括數(shù)字、字符和字符串。我們將從整數(shù)類型開始，即沒有小數(shù)點(diǎn)的整數(shù)。整數(shù)類型分為有符號和無符號兩種。

有符號整數(shù)類型以字母‘i’開頭，大小范圍從8到128，如下所示。

• i8
• i16
• i32
• i64
• i128

無符號整數(shù)類型以字母‘u’開頭，大小范圍同樣從8到128，如下所示。

• u8
• u16
• u32
• u64
• u128

Rust使用usize作為索引的大小。usize是用于索引的最佳大小，因?yàn)樗饕荒転樨?fù)數(shù)，允許在大型索引空間中靈活使用，并且需要適應(yīng)32位計(jì)算機(jī)。

只要源變量中的內(nèi)容能夠適應(yīng)目標(biāo)變量類型的最大值，你就可以在不同整數(shù)類型之間進(jìn)行賦值。下面是一個例子。如果將第二行改為128，則第四行將失敗，因?yàn)閕8類型的最大值是127，而我們聲明它為i8。

fn main() {
    let mut i = 127;
    let j: i8 = 12;
    i = j;
    println!("{}", i)
}

我們將在后面討論mut關(guān)鍵字的使用，但現(xiàn)在只需知道它允許在聲明后對i進(jìn)行賦值。默認(rèn)情況下，變量是不可變的（不允許被更改）。

如果未聲明類型，則整數(shù)的默認(rèn)大小為i32，所以上面的變量i將是i32類型。

浮點(diǎn)數(shù)是帶有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字。10.5是一個浮點(diǎn)數(shù)，而2是一個整數(shù)。就像整數(shù)一樣，它們由諸如f32或f64之類的類型定義。也像整數(shù)一樣，如果環(huán)境支持，f64是默認(rèn)的浮點(diǎn)數(shù)類型。

字符（char）類型始終使用4個字節(jié)。但字符串不同，單個字符不總是使用4個字節(jié)。當(dāng)字符是字符串的一部分（而不是char類型）時，字符串被編碼為使用每個字符所需的最少內(nèi)存量。

字符的大小和字符串的變化如下面的代碼片段所示。

use std::time::{Instant};

fn main() {
    let now = Instant::now();
    println!("Size of a char: {}", std::mem::size_of::<char>());
    println!("Size of a: {}", "a".len());
    println!("Size of ?: {}", "?".len());
    println!("Size of 國: {}", "國".len());
    println!("Size of : {}", "".len());
    let now2 = Instant::now();
    println!("==> {} ms", now2.duration_since(now).as_micros());
}

結(jié)果如下。請注意，還添加了一些代碼來顯示微秒級的運(yùn)行時長。

Size of a char: 4
Size of a: 1
Size of ?: 2
Size of 國: 3
Size of : 4
==> 6773 ms

請注意，.len()方法返回的是字節(jié)數(shù)，而不是字母數(shù)。

上面的例子展示了如何從Instant庫中包含一個標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，now()。這是在頂部使用use關(guān)鍵字包含的。

每種類型的詳細(xì)信息可以在這里找到。

https://doc.rust-lang.org/reference/types.html

總結(jié)

這篇文章為學(xué)習(xí)Rust語言打下了基礎(chǔ)。我們探討了安裝Rust、運(yùn)行程序的替代方案、基本工具以及Rust中可用的原始數(shù)據(jù)類型的概述。在下一節(jié)中，我們將探討內(nèi)存管理的重要話題，以及借用（borrowing）、遮蔽（shadowing）、所有權(quán)（ownership）以及不可變性等概念。理解這些概念，其中一些是Rust獨(dú)有的，對于精通這種語言至關(guān)重要。

Rust的內(nèi)存管理是其核心特性之一，不同于傳統(tǒng)語言如C或C++中的手動內(nèi)存管理，Rust通過所有權(quán)系統(tǒng)自動處理內(nèi)存，旨在減少內(nèi)存泄漏和其他常見錯誤。在Rust中，每一個值都有一個被稱為其“所有者”的變量，值在任何時候都只能有一個所有者。當(dāng)所有者離開作用域時，值將被丟棄。

借用是Rust中另一個重要概念。它允許我們創(chuàng)建指向數(shù)據(jù)的引用，但不取得所有權(quán)。這意味著數(shù)據(jù)可以被多個部分的代碼安全地訪問，而不會引起數(shù)據(jù)競爭或其他問題。

遮蔽則允許我們重新使用變量名。這意味著你可以在同一個作用域內(nèi)聲明一個新的同名變量，新變量會“遮蔽”掉舊變量。

不可變性是Rust的另一個核心概念。在Rust中，默認(rèn)情況下，所有變量都是不可變的。這增加了代碼的安全性和清晰性。當(dāng)然，如果需要，你可以通過使用mut關(guān)鍵字明確指定可變性。

通過了解和掌握這些概念，你將能夠更有效地編寫Rust代碼，并充分利用Rust提供的安全和性能優(yōu)勢。

在我們的下一篇文章中，我們將深入探討這些概念，并通過實(shí)際示例來展示它們在Rust編程中的應(yīng)用。我們還將探討Rust的錯誤處理機(jī)制和模式匹配，這是Rust提供的另一組強(qiáng)大功能。