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Rust[编辑]

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  此条目介绍的是由Mozilla主导开发的编程语言。关于“rust”在英文中的本意，请见“铁锈”。关于由Facepunch工作室所开发的一款游戏，请见“腐蚀 (游戏)”。

Rust

编程范型	编译语言、并发计算、 函数式、指令式、 面向对象、结构化
设计者	Graydon Hoare
实现者	Mozilla
发行时间	2010年
当前版本	1.70.0 (2023年6月1日；稳定版本)[1]
类型系统	静态类型、强类型、 类型推论、结构类型
操作系统	Linux、macOS、Windows FreeBSD、Android、iOS等[2]
许可证	Apache许可证2.0及MIT许可证[3]
文件扩展名	.rs、.rlib
网站	rust-lang.org
启发语言
Alef[4]、C#[4]、C++[4]、Cyclone[4][5] Erlang[4]、Haskell[4]、Hermes[4]、Limbo[4] Newsqueak[4]、NIL[4]、OCaml[4]、Ruby[4] Scheme[4]、Standard ML[4]、Swift[4][6]
影响语言
C# 7[7]、Elm[8]、Idris[9]、Swift[10]、Carbon

Rust是由Mozilla^[11]主导开发的通用、编译型编程语言。设计准则为“安全、并发、实用”^[12][13]，支持函数式、并发式、过程式以及面向对象的编程风格。

Rust语言原本是Mozilla员工Graydon Hoare的个人项目，而Mozilla于2009年开始赞助这个项目 ^[14]，并且在2010年首次公开^[15]。也在同一年，其编译器源代码开始由原本的OCaml语言转移到用Rust语言，进行自我编译工作，称做“rustc”^[16]，并于2011年实际完成^[17]。这个可自我编译的编译器在架构上采用了LLVM做为它的后端。

第一个有版本号的Rust编译器于2012年1月发布^[18]。Rust 1.0是第一个稳定版本，于2015年5月15日发布^[19]。

Rust在完全公开的情况下开发，并且相当欢迎社区的反馈。在1.0稳定版之前，语言设计也因为透过撰写Servo网页浏览器排版引擎和rustc编译器本身，而有进一步的改善。它虽然由Mozilla资助，但其实是一个共有项目，有很大部分的代碼是来自于社区的贡献者^[20]。

目录

• 1设计
  • 1.1性能
  • 1.2编译报错
  • 1.3编译速度
  • 1.4语法
  • 1.5内存安全
  • 1.6所有权
  • 1.7内存管理
  • 1.8类型与多态
• 2历史
• 3生态系统
  • 3.1Cargo
• 4代码示例
  • 4.1Hello World
  • 4.2阶乘
  • 4.3并发计算
• 5参考资料
• 6参阅
• 7外部链接

设计[编辑]

Rust的设计目标之一，是要使设计大型的互联网客户端和服务器的任务变得更容易^[21]。因此更加强调安全性、存储器配置、以及并发处理等方面的特性。

性能[编辑]

在性能上，具有额外安全保证的代碼会比C++慢一些，例如Rust对数组进行操作时会进行边界检查（尽管可以通过一些方式^[22]绕过^[23]），而C++则不会，但是如果等价的C++代碼作手工检查，则两者性能上是相似的^[24]。

编译报错[编辑]

比起C/C++，Rust编译器的对于代码中错误的提示更清晰明了，开发者可根据提示轻松地修复代码中的错误。

编译速度[编辑]

由于其编译器会做出额外的安全检查，Rust的编译速度有时低于C/C++。

语法[编辑]

Rust的语法设计，与C语言和C++相当相似，区块（block）使用大括号隔开，控制流程的关键字如if、else、while等等。在保持相似性的同时，Rust也加进了新的关键字，如用于模式匹配的match（与switch相似）则是使用C／C++系统编程语言的人会相对陌生的概念。尽管在语法上相似，Rust的语义（semantic）和C／C++非常不同。

内存安全[编辑]

为了提供内存安全，它的设计不允许空指针和悬空指针^[25] [26]。 指针只能透过固定的初始化形态来建构，而所有这些形态都要求它们的输入已经分析过了^[27]。Rust有一个检查指针生命期间和指针冻结的系统，可以用来预防在C++中许多的类型错误，甚至是用了智能指针功能之后会发生的类型错误。

所有权[编辑]

Rust设计了一个所有权系统，其中所有值都有一个唯一的所有者，并且值的作用域与所有者的作用域相同。值可以通过不可变引用（&T）、可变引用（&mut T）或者通过值本身（T）传递。任何时候，一个变量都可以有多个不可变引用或一个可变引用，这实际上是一个显式的读写锁。Rust编译器在编译时强制执行这些规则，并检查所有引用是否有效。^[28][29]

内存管理[编辑]

早期的Rust虽然有垃圾回收系统，但非如Java或.NET平台的全自动垃圾回收。Rust 1.0已不再使用垃圾回收器，而是全面改用基于引用计数的智能指针来管理内存。

类型与多态[编辑]

它的类型系统直接地模仿了Haskell语言的类型类概念，并把它称作“traits”，可以把它看成是一种特设多态。Rust的作法是透过在宣告类型变量（type variable）的时候，在上面加上限制条件。至于Haskell的高阶类型变量（Higher-kinded polymorphism）则还未支持。

类型推导也是Rust提供的特性之一，使用let语法宣告的变量可以不用宣告类型，亦不需要初始值来推断类型。但如果在稍后的程序中从未指派任何值到该变量，编译器会发出编译时（compile time）错误^[30]。 函数可以使用泛型化参数（generics），但是必须绑定Trait。不能使用方法或运算符而不声明它们的类型，每一项都必确明确定义。

Rust的物件系统是基于三样东西之上的，即实现（implementation）、Trait以及结构化资料（如struct）。实现的角色类似提供Class关键字的编程语言所代表的意义，并使用impl关键字。继承和多态则通过Trait实现，它们使得方法（method）可以在实现中被定义。结构化资料用来定义字段。实现和（trait）都无法定义字段，并且只有（trait）可以提供继承，藉以躲避C++的“钻石继承问题”（菱型缺陷）。

历史[编辑]

2006年，Rust作为Graydon Hoare的个人项目首次出现。

2009年，Graydon Hoare成为Mozilla雇员^[14]。

2010年，Rust首次作为Mozilla官方项目出现^[15]。同年，Rust开始从初始编译（由OCaml写成）转变为自编译^[16]。

2011年，Rust成功的完成了移植^[17]。Rust的自编译器采用LLVM作为其编译后端。

2012年1月20日，第一个有版本号的预览版Rust编译器发布^[18]。

2013年4月4日，Mozilla基金会宣布将与三星集团合作开发浏览器排版引擎Servo，此引擎将由Rust来实现^[31]。

2015年5月16日，Rust 1.0.0发布^[32]。

2020年3月27日，Rust核心团队成员Steve Klabnik在官方博客发表了一篇名为《Goodbye, docs team 》的文章，叙述了Rust文档的现状^[33]。

2021年2月8日，AWS、华为、Google、微软以及Mozilla宣布成立Rust基金会^[34][35]。

2022年9月19日，Linux初始开发者林纳斯·托瓦兹表示在Linux核心6.1版中会有对Rust的初步支持^[36]。

2023年4月6日，Rust基金会发布了新商标政策草案，修订了关于如何使用Rust标志和名称的规则，导致了Rust用户社区的负面反应和抗议。^[37]

生态系统[编辑]

除了编译器和标准库，Rust生态系统还包括用于软件开发的额外组件。官方推荐使用Rustup，一个Rust工具链安装程序来管理这些组件。

Cargo[编辑]

Cargo是Rust的软件包管理器，用来下载和构建依赖关系。Cargo还充当了Clippy和其他Rust组件的封装器。它要求项目遵循一定的目录结构。^[38]

Cargo.toml文件指定了项目所需的依赖和版本要求，告诉Cargo哪些版本的依赖关系与该包兼容。Cargo默认从crates.io中获取依赖，但Git仓库和本地文件系统中的包也可以作为依赖。^[39]

代码示例[编辑]

下面的代码在Rust 1.3中测试通过。

Hello World[编辑]

fn main() {
    println!("Hello, World!");
}

如果不想使输出包含换行符(\n)，可以使用print!宏代替println!宏。

阶乘[编辑]

下面是三个不同版本的阶乘函数，分别以递归、循环和迭代器的方法写成：

// 這個函數的if-else語句中展示了Rust中可選的隱式返回值，可用於寫出更像函數式程式設計風格的代碼
// 與C++和其他類似的語言不同，Rust中的if-else結構不是語句而是運算式，有返回值
fn recursive_factorial(n: u32) -> u32 {
    if n <= 1 {
        1
    } else {
        n * recursive_factorial(n - 1)
    }
}

fn iterative_factorial(n: u32) -> u32 {
    // 變數用`let`定義，`mut`關鍵字使得變數可以變化
    let mut i = 1u32;
    let mut result = 1u32;
    while i <= n {
        result *= i;
        i += 1;
    }
    result // 顯式返回值，與上一個函數不同
}

fn iterator_factorial(n: u32) -> u32 {
    // 迭代器有多種用於變換的函數
    // |accum, x| 定義了一個匿名函數
    // 內聯展開等最佳化方法會消去區間和fold，使本函數的運行效率和上一個函數相近
    (1..n + 1).fold(1, |accum, x| accum * x)
}

fn main() {
    println!("Recursive result: {}", recursive_factorial(10));
    println!("Iterative result: {}", iterative_factorial(10));
    println!("Iterator result: {}", iterator_factorial(10));
}

并发计算[编辑]

一个简单的Rust并发计算例子：

use std::thread;

// 這個函數將創建十個同時並行的執行緒
// 若要驗證這一點，可多次運行這個程式，觀察各執行緒輸出順序的隨機性
fn main() {
    // 這個字串是不可變的，因此可以安全地同時被多個執行緒訪問
    let greeting = "Hello";

    let mut threads = Vec::new();
    // `for`迴圈可用於任何實現了`iterator`特性的類型
    for num in 0..10 {
        threads.push(thread::spawn(move || {
            // `println!`是一個可以靜態檢查格式字串類型的巨集
            // Rust的巨集是基於結構的（如同Scheme）而不是基於文本的（如同C）
            println!("{} from thread number {}", greeting, num);
        }));
    }

    // 收集所有執行緒，保證它們在程式退出前全部結束
    for thread in threads {
        thread.join().unwrap();
    }
}