系统级编程语言Rust概述
语言背景和历史
Rust是由Mozilla的工程师Graydon Hoare于2006年开始设计的一门编程语言，目的是创建一种内存安全、并发安全，并且不牺牲性能的系统级编程语言。
Rust于2010年公开发布，并迅速吸引了开发者的关注。其设计灵感来自C++，通过引入所有权(Ownership)系统，解决了C/C++中常见的内存管理问题。Rust在 2015年发布了1.0版本，并开始获得广泛应用，特别是在高性能计算和WebAssembly领域。
基本语法和结构
Rust的语法简洁且严格，不像C++那样过于复杂。
- 变量声明: 默认是不可变的，使用let关键字。
- 数据类型: Rust有常见的基本类型(整数、浮点数、布尔值、字符等)，以及复合类型(元组、数组、结构体、枚举等)。
- 控制结构: Rust提供了常见的控制结构，如if、match(用于模式匹配)、loop、for 和 while。
- 函数: 使用fn定义函数
Rust的语法设计力求简洁和一致，力求减少开发者犯错的机会。
fn main()
{
println!("Hello, world!");
}
语言特性
Rust的语言特性可以总结为两点:安全、高效。
所有权系统(Ownership)是Rust的核心特性之一，所有权系统确保内存安全而无需垃圾回收。每个值都有一个所有者，当所有者超出作用域时，资源会自动释放，避免内存泄漏。通过借用(Borrowing)和引用(References)机制，Rust可以在不复制数据的情况下传递值，同时避免野指针和数据竞争。引用分为不可变引用和可变引用。
Rust提供高级特性，如泛型、模式匹配等，但这些特性不会引入运行时开销。Rust通过编译期优化(如内联、常量折叠等)确保效率。同时Rust在编译期通过所有权和类型系统提供并发安全，极大减少了竞争条件和数据争用的问题。
标准库和生态系统
1.Rust提供了丰富的标准库，包括集合类型(Vec、HashMap 等)、文件和网络I/O、线程和并发等基础功能。Rust的标准库设计简洁而高效。
2.通过包管理工具Cargo，Rust拥有庞大的社区生态，Crates.io提供了数以万计的第三方库，涵盖Web开发、数据库操作、图形处理等多个领域。
3.Rust通过支持WebAssembly，成为开发高性能Web应用程序的热门语言，具有与JavaScript互操作的优势。
工具链和开发环境
rustc
rustc是Rust的编译器，它的主要功能是将Rust源代码编译成可执行文件或库。它是Rust语言的直接编译器，可以处理文件级别的编译任务。当你写了一个Rust程序后，rustc负责解析、编译这些源代码并生成机器代码。rustc的使用通常比较底层，直接针对单个文件或项目。
主要功能包括: 语法检查、类型检查、代码优化、代码生成
cargo
cargo是Rust的构建系统和包管理器，它提供了一套完整的工具来帮助管理Rust项目，使得项目构建、依赖管理、测试和发布都变得更加简单高效。
cargo是Rust项目管理的首选工具，推荐在日常开发中使用。
主要功能包括: 项目创建、依赖管理、构建系统、测试、文档生成、发布包
# 查看cargo的版本
cargo --version
# 创建rust项目
cargo new my_project
# 创建一个lib项目
cargo new my_library --lib
# 项目构建
cargo build
# 构建发布的项目
cargo build --release
# 运行项目
cargo run
# 测试项
# 并运行项目中所有以 #[test] 注解的测试函数
cargo test
# 添加依赖
# 要在项目中添加依赖，可以编辑Cargo.toml 文件。
# 在 [dependencies] 部分添加所需的库。例如，添加 serde:
# [dependencies]
# serde = "1.0"
# 更新依赖
cargo update
# 打包和发布
cargo package
cargo publish
# 查看项目信息
cargo metadata
# 格式化代码
cargo fmt
# 检查代码
cargo check
# 创建文档
cargo doc
# 列出所有依赖
cargo tree
性能及应用场景
Rust设计上追求接近C/C++的性能，特别适合系统编程、嵌入式开发和性能敏感型应用。同时Rust的所有权系统无需垃圾回收器，极大减少了运行时开销，同时也减少了内存泄漏和悬空指针的风险。Rust编译器通过LLVM对代码进行高级优化，确保程序的高效执行，且无性能损失。
语言的优缺点
优点:
1.内存安全，Rust通过所有权系统和借用检查器保证内存安全，避免了许多常见的编程错误(如空指针解引用、内存泄漏)。
2.性能高效，Rust 提供与 C/C++ 相媲美的性能，但具备更高的安全性。
缺点:
1.学习曲线陡峭，Rust的所有权、生命周期等概念对新手来说较为复杂。
2.编译时间长，Rust的编译器非常严格，且有时需要较长的编译时间。
3.库支持不如C/C++丰富，尽管Rust生态正在快速增长，但与C/C++的成熟生态相比，某些领域的库支持还不够广泛。
Rust的社区非常活跃，官方文档详细，且有大量的学习资源。Rust还拥有一个友好的论坛和Discord频道，支持开发者互相交流。同时Rust得到了很多大公司的认可，如Mozilla、Dropbox、Microsoft 和Amazon等。许多云计算和系统开发项目已开始采用Rust。
对比其他编程语言
1.Rust与C/C++
Rust和C/C++都是系统级编程语言，C++提供了类似的性能和控制，但它的内存安全性和现代并发支持远不如Rust，目前C/C++具有更广泛的生态和现有项目。
2.Rust与Go
Go语言适用于构建高并发的网络应用，而Rust更适合对性能和内存控制要求严格的应用。
3.Rust与Python
Python适用于快速开发和科学计算，但在性能和系统编程方面Rust是更好的选择。
总结
Rust是一种系统编程语言，设计目的在于提供高性能与内存安全。
1.内存安全
Rust的最大特点是在保证内存安全的时候，不牺牲性能。
- 所有权系统:Rust通过所有权、借用和生命周期的概念来管理内存，无需垃圾收集器。这减少了内存泄露和悬挂指针的风险。
- 借用检查器:编译时的借用检查器确保引用总是有效的，防止了数据竞争和其他并发错误。
2.并发编程，Rust在语言级别上支持无数据竞争的并发编程:
- 线程安全:Rust的类型系统和借用规则被设计为在编译时防止数据竞争。
- 易用的并发抽象:Rust 标准库提供了多种并发原语，如线程、消息传递、共享状态等，使得并发编程更加安全和直观。
3.类型系统和类型推断，Rust的类型系统提供了零开销的抽象
- 强类型系统:减少了运行时错误，因为很多错误在编译期就被捕获。
- 类型推断:提高了代码的简洁性而不牺牲类型安全。
4.无需运行时
- Rust几乎没有运行时和零成本抽象的概念，这使它非常适合嵌入式开发和其他性能敏感的应用
- 无运行时:Rust 没有垃圾收集器，它的“零成本抽象”意味着你所使用的高级抽象不会产生运行时开销
学习资料
Rust 官方文档
Rust 学习手册
Rust 用例大全
Rust 菜鸟教程
Rust 官方博客
Rust 官方论坛
原文地址：https://blog.csdn.net/yang1fei2/article/details/143817272
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