Rust安全、并发和高性能的系统编程语言，带来哪些利好

2023-08-0809:20:09编程语言入门到精通Comments984 views字数 4223阅读模式

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Rust是一门现代化的系统编程语言（C语言也是一门系统编程语言），它在安全性（并发安全）、并发性和性能方面有着出色的表现，支持函数式和命令式以及泛型等编程范式的多范式语言。Rust在语法上和C++类似，设计者想要在保证性能的同时提供更好的内存安全。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

同时，Rust 语言是一种高效、可靠的通用高级语言。其高效不仅限于开发效率，它的执行效率也是令人称赞的，是一种少有的兼顾开发效率和执行效率的语言。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

Rust最初是由Mozilla研究院的Graydon Hoare设计创造，然后在Dave Herman, Brendan Eich以及很多其他人的贡献下逐步完善的，自2010年发布以来，逐渐受到了开发者的关注和喜爱。Rust的设计者们通过在研发Servo网站浏览器布局引擎过程中积累的经验优化了Rust语言和Rust编译器。Rust编译器是在MIT License 和 Apache License 2.0双重协议声明下的免费开源软件。截至目前( 2023年8月)最新的编译器版本是 1.71.0。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

在前面我总结了下关于C和C++的版本和关键字的使用介绍，其他C/C++方面的内容可以关注公众号CTO Plus后面的文章。本篇我将介绍一下关于Rust产生的目的和主要的功能，以及Rust有哪些独特的特点和特性优势，最后分析了下Rust的应用场景以及优缺点来分析Rust。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust产生的目的文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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创建这个新语言的目的是为了解决一个顽疾：软件的演进速度大大低于硬件的演进，软件在语言级别上无法真正利用多核计算带来的性能提升。Rust是针对多核体系提出的语言，并且吸收一些其他动态语言的重要特性，比如不需要管理内存，比如不会出现Null指针等等。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust主要功能文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust致力于成为优雅解决高并发和高安全性系统问题的编程语言，适用于大型场景，即创造维护能够保持大型系统完整的边界。这就导致了它强调安全，内存布局控制和并发的特点。标准Rust性能与标准C++性能不相上下。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust的特点和特性
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首先，Rust注重安全性。Rust的设计目标之一就是提供内存安全的编程环境，避免了常见的内存错误，比如空指针引用、缓冲区溢出等。Rust使用了一种称为“所有权系统”的机制，通过编译时的借用检查和所有权规则，确保了内存的安全性。这使得Rust成为一种非常适合开发高可靠性和安全性要求的系统软件的语言。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust还具备出色的并发性。Rust的并发模型基于“所有权系统”，可以在编译时检查并发访问的安全性。Rust提供了轻量级的线程（称为任务）和消息传递机制，使得并发编程变得简单而安全。开发者可以使用Rust的并发库和原语来编写高效、安全的并发代码，充分利用现代多核处理器的性能。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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当然Rust的特点和特性，总结包括如下：文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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1. 生产力

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Rust 拥有出色的文档、友好的编译器和清晰的错误提示信息，还集成了一流的工具 —— 包管理器和构建工具，智能地自动补全和类型检验的多编辑器支持，以及自动格式化代码等等。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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2. 零成本抽象

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Rust提供了高级抽象机制，如trait和泛型，使得开发者能够编写更加灵活和可复用的代码，而不会带来性能损失。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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3. 并发安全

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Rust的并发模型基于“所有权”和“借用”概念，通过编译时的规则来保证线程安全，使得编写并发代码变得容易和安全。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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4. 高性能

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Rust的编译器能够生成高效的机器码，使得Rust在性能上可以与C/C++媲美。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust 速度惊人且内存利用率极高。由于没有运行时和垃圾回收，它能够胜任对性能要求特别高的服务，可以在嵌入式设备上运行，还能轻松和其他语言集成。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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具备出色的性能。Rust通过在编译时进行严格的类型检查和内存管理，消除了运行时的开销和垃圾回收的负担。同时，Rust还提供了一系列的优化特性和工具，如零成本抽象、内联汇编等，使得开发者能够更好地控制和优化代码的性能。这使得Rust成为一种非常适合开发高性能系统软件的语言。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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5. 跨平台

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Rust具有良好的跨平台支持，可以在多种操作系统和硬件平台上运行，包括Windows、Linux、macOS等，使我们开发者能够轻松地编写跨平台的代码。Rust还拥有一个活跃的社区和丰富的生态系统，有许多优秀的开源库和工具可供开发者使用。此外，Rust的语法简洁而富有表达力，使得代码易于编写和理解。后面我将在公众号CTO Plus上一一介绍。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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6. 语言语法

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Rust的具体语法和C，C++类似，都是由花括号限定代码块，还有一样的控制流关键字，例如if,else,while,和for。然而也并非所有的C或者C++关键字被实现了。某些Rust函数（比如关键字match用于模式匹配）对于那些精通这些语言的人就没那么熟悉了。尽管与C/C++极其相似，Rust在深层语法上跟元语言家族的语言像是Haskell更接近。基本上一个函数体的每个部分都是表达式，甚至是控制流操作符。例如，那个普通的if表达式也取代了C的三元表达式。一个函数不需要以return表达式结束，在这种情况下函数最后的表达式就是返回值。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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7. 内存安全

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Rust语言系统设计于保证内存安全，它的所有权系统和生命周期概念确保了内存的安全性，它在安全代码里不允许空指针，悬垂指针和数据竞争错误。数值只能用一系列固定形式来初始化，要求所有输入已经被初始化。在其它语言中复制函数指针或者有效或者为空，比如在链表和二叉树等数据结构中，Rust核心库提供Option类型，用来测试指针是否有值。Rust同时引入添加语法来管理生命周期，而且编译器通过租借检查器来说明相关理由。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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8. 内存管理

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Rust不像Go，Java以及.NET Framework那样使用自动垃圾回收系统。不同的是Rust通过RAII来管理内存和资源，还可选引用计数。Rust以低开销提供资源确定性管理。Rust也支持值的栈分配并不表现暗箱。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust里也有引用概念（用&符号），不包含运行时引用计数。使得此类指针的安全性已获得租用检查器的编译时验证，阻止悬垂指针和其它形式的未定义行为。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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9. 所有权

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在可靠性上，Rust 丰富的类型系统和所有权模型保证了内存安全和线程安全，让我们在编译期就能够消除各种各样的错误。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust有一个所有权系统，所有的值都有一个唯一的属主，值的有效范围跟属主的有效范围一样。值可以通过不可变引用&T传递，可变引用&mut T传递，T值递。在任何时候，或者有多个不可变引用，或者只有一个可变引用。Rust编译器在编译时执行这些规则同时检查所有引用的有效性。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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10. 类型多态

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Rust的类型系统支持一种类似类型类的机制，叫“traits”,是被Haskell激发灵感的。这是一种用于特定同质法的设施，通过给类型变量声明添加约束来实现。其它来自Haskell的特性，如更高类型多态还没有支持。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust为以let关键字声明的变量而产生类型推导特性。这样的变量不需要赋初值来判断类型。如果某个分支代码没能给变量赋初值将会产生一个编译时错误。对变量进行多次赋值要使用mut关键字标记。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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函数可以接收泛型参数，但通常要求泛型实现某种特性或者几种特性。在这种函数里面，这种泛型值只能通过这些特性来使用。这就是说一个泛型函数在定义的时候就能完成类型检查。这是对标C++模板，那种本质鸭式，只能在以具体类型实例化后完成检查。C++概念解决同样的问题，并且有希望能成为C++20标准的一部分。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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然而，Rust泛型的实现与C++模板的典型实现类似：每次实例化都会生成一份单独的代码这被称作单态，和经常在Java和Haskell中使用的类型擦除方案类比。单态的好处是为每一个具体用例提供优化代码，缺点是增长了运行时和很多结果文件。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust里面的对象系统是基于实现，特性和结构化类型的。实现扮演的角色跟其它语言中的类相似，以关键字impl来定义。继承和多态是由特性提供；它们允许方法被定义或者混合在实现里面。结构类型用于定义字段。实现和特性自己无法定义字段，而且只有特性能够提供继承。至于其它好处，这个阻止了多继承中的菱形继承问题，像C++一样。换句话说，Rust支持接口继承，但是通过复合替代实现继承；参见继承复合。文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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Rust的应用场景
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Rust 语言可以用于开发：文章源自菜鸟学院-https://www.cainiaoxueyuan.com/ymba/52956.html

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系统编程 - Rust的内存安全和高性能使得它成为系统级编程的理想选择，特别是在需要处理底层硬件和高性能计算的场景下。
命令行程序 - Rust 编译器可以直接生成目标可执行程序，不需要任何解释程序。
Web应用 - Rust 可以被编译成 WebAssembly，WebAssembly 是一种 JavaScript 的高效替代品。Rust的并发性和安全性使得它在Web开发中也有一席之地。例如，Rust的框架Rocket可以用于构建高性能的Web应用程序。
网络编程 - Rust 用极低的资源消耗做到安全高效，且具备很强的大规模并发处理能力，十分适合开发普通或极端的服务器程序。例如，Rust的库Tokio可以用于构建高性能的异步网络应用程序。
嵌入式系统 - Rust 同时具有JavaScript 一般的高效开发语法和 C 语言的执行效率，支持底层平台的开发。Rust的内存安全和低资源消耗使得它在嵌入式系统开发中具有优势，特别是对于需要高度可靠性和安全性的应用。