rust初次实践

发表于 2024-08-02 更新于 2025-09-02 分类于 1-编程语言， rust 阅读次数： Waline：本文字数： 3.1k 阅读时长 ≈ 3 分钟

Rust 是一门现代的、开源的系统编程语言，其设计的核心目标是同时实现安全（Safety）、并发（Concurrency）和性能（Performance）。它通过在编译时强制执行一系列严格的规则，来消除一整类常见的内存错误（如空指针、悬垂指针、数据竞争等），而无需像 Java 或 Go 那样依赖垃圾回收器（Garbage Collector）。

Rust 就像一位拥有 “ 魔法钥匙 “ 的贴身管家：任何时候，一件珍贵的物品（一块内存数据）要么只能由一个人持有 “ 主钥匙 “（可写入权限），要么可以被多个人持有 “ 复制钥匙 “（只读权限），但绝不允许 “ 主钥匙 “ 和任何 “ 复制钥匙 “ 同时存在。这位管家（编译器）在你的程序 “ 运行 “ 之前，就会严格检查所有钥匙的分配，确保万无一失。

1. 介绍

1.1 历史发展

系统软件领域的 “ 不可能三角 “：高性能、高安全性、高生产力，通常我们只能三选二。

C/C++ 选择了高性能，但牺牲了安全性，导致了无数的内存安全漏洞。
Java/C#/Go 选择了安全性（通过垃圾回收）和高生产力，但在一定程度上牺牲了极致的性能和内存控制。

Rust 的重要性在于，它正面挑战了这个 “ 不可能三角 “。它解决了 C/C++ 长期存在的内存安全和数据竞争问题，同时提供了与之媲美的性能和底层控制力。这意味着你可以构建像操作系统、数据库、浏览器引擎这样对性能和可靠性要求极高的软件，而不用再为那些臭名昭著的 segmentation fault 或线程安全问题彻夜难眠。

Rust 的开发最早可以追溯到 2006 年，当时 Mozilla 的员工 Graydon Hoare 开始了这个项目，作为个人兴趣。2015 年 5 月，Rust 1.0 正式发布。

特性	Rust	Go	C++
核心哲学	零成本抽象，编译期安全	简洁、高效并发，工程化	掌控一切，相信程序员
内存管理	所有权系统 (编译期)	垃圾回收 (GC, 运行时)	手动管理 (`new`/`delete`)
性能	顶尖，与 C++ 相当	优秀，但受 GC 停顿影响	顶尖，直接控制硬件
并发模型	无畏并发 (所有权防止数据竞争)	Goroutines + Channels (非常易用)	多线程 + 锁 (强大但极易出错)
安全性	极高，在编译期消除内存和线程安全问题	高，GC 避免内存泄漏，但仍有其他风险	低，充满了未定义行为和安全漏洞的风险
学习曲线	陡峭，所有权和生命周期是难点	平缓，语法简单	非常陡峭，特性复杂且历史包袱重
适用场景	操作系统、嵌入式、游戏引擎、WebAssembly、高性能后端	网络服务、微服务、云原生工具链	游戏引擎、桌面应用、高性能计算、金融交易

1.2 语言特点

Rust 的魔法核心在于其所有权系统（Ownership System），它由三个关联的概念组成，并在编译期由借用检查器（Borrow Checker）强制执行。

所有权 (Ownership)：
- Rust 中的每个值都有一个被称为其所有者（owner）的变量。
- 值在任何时刻都只能有一个所有者。
- 当所有者离开作用域（scope）时，该值将被自动清理（drop）。
- let s1 = String::from("hello"); let s2 = s1; // s1 的所有权被移动到 s2，s1 不再有效。
借用 (Borrowing)：
- 如果你不想转移所有权，可以 “ 借用 “ 一个值。这通过引用（reference）实现。
- 不可变借用 (Immutable Borrow)：&T。你可以拥有任意多个不可变借用，但此时不能有可变借用。大家都可以看（只读）。
- 可变借用 (Mutable Borrow)：&mut T。你只能有一个可变借用，且此时不能有任何其他借用。只有一个人能改（读写）。
生命周期 (Lifetimes)：
- 这是一个稍高级的概念，是编译器用来确保所有借用都有效的工具。它保证了引用指向的数据在引用被使用期间绝对不会被释放掉，从而杜绝了 “ 悬垂指针 “。

1.3 能用来干什么

系统编程：Rust 可以用来编写操作系统内核、驱动程序和嵌入式系统，因为它提供了对硬件和系统资源的精细控制。
Web 开发：Rust 在 Web 开发中的应用越来越广泛，尤其是通过框架如 Rocket、Actix 和 Axum。Rust 编写的 Web 应用可以同时具有高性能和安全性。
CLI 工具：Rust 被广泛用于开发命令行工具，因为它可以编写快速且可靠的工具。例如，许多流行的命令行应用，如 ripgrep、exa 等，都是用 Rust 编写的。
游戏开发：Rust 可以用于游戏开发，尤其是需要高性能和低延迟的场景。Amethyst 等游戏引擎就是基于 Rust 的。
区块链和加密货币：Rust 在区块链和加密货币领域也有应用，特别是在需要高性能和安全性保证的智能合约和去中心化应用中。
嵌入式系统：Rust 适合用于嵌入式系统编程，因为它能够在资源受限的环境中提供安全和高效的代码。

2. 初探

2.1 安装使用

https://rustup.rs/

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

# 查看版本
rustc --version  

# 更新rust
rustup update

Rust 将被安装在 ~/.cargo/bin 目录下。

2.2 创建项目

1 2	cargo new hello-rust cargo run # 输出hello world

Cargo.toml 为 Rust 的清单文件。其中包含了项目的元数据和依赖库。
https://crates.io/ 可以查找 Rust 包的仓库

2.3 项目初探

Cargo.toml 增加依赖

1 2	[dependencies] ferris-says = "0.3.1"

代码

use ferris_says::say;
use std::io::{stdout, BufWriter};


fn main() {
    let stdout = stdout();
    let message = String::from("Hello study rust!");
    let width = message.chars().count();

    let mut writer = BufWriter::new(stdout.lock());
    say(&message, width, &mut writer).unwrap();
}

执行

cargo run



   Compiling hello-rust v0.1.0 (/Users/liuwei/workspace/hello-rust)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.58s
     Running `target/debug/hello-rust`
 ___________________
< Hello study rust! >
 -------------------
        \
         \
            _~^~^~_
        \) /  o o  \ (/
          '_   -   _'
          / '-----' \

3. 提问问题

单个 rs 文件怎么运行

1 2	rustc main.rs ./main