Rust实战系列-Rust介绍

2022-08-19 23:34:31 阅读：198 来源： 互联网

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学习资料：rust in action[1]

1. Rust 安装

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
source"$HOME/.cargo/env"

2. hello world

创建 hello 项目

mkdir rust_tmp && cd rust_tmp
cargo new hello
cd hello
cargo run

看到这样的输出，就表示已经成功运行了 Rust 项目，尽管还没写任何代码。接下来看看发生了什么。

Cargo

Cargo 是一个同时提供项目构建和软件包管理功能的工具。也就是说，Cargo 执行 rustc（Rust 编译器）将 Rust 代码转换为可执行的二进制文件或共享库。cargo new会创建一个遵循标准模板的项目，目录结构如下：

Cargo.toml：描述项目的元数据信息（项目名，版本，依赖）

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

# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html

[dependencies]

src：源码目录，Rust 的源码文件扩展名为 .rs

创建好项目后，运行 cargon run 命令启动项目，这个过程完成了很多工作。

当敲下 cargon run 命令准备 run 项目时，实际上并没有可以 run 的内容，因此，cargon 会以 debug 模式编译项目，编译生成的可执行文件位于：target/debug/hello，然后执行这个文件，输出我们看到的内容：“Hello, world!”。

编译之后，项目的目录结构发生了变化，在根目录多了 Cargo.lock 文件和 target 目录，它们都是通过 cargon 进行管理的，不需要人工修改。

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Cargo.lock 指定了所有依赖项的确切版本号，这样，在 Cargo.toml 被修改之前，项目编译过程都会以相同的方式进行。

3. 第一个 Rust 项目

目标：输出不同语言的 hello world，理解 Rust 的两个特性：易于迭代和原生支持 Unicode。

直接修改 hello 项目中 src/main.rs 的内容：

fn main() {
    println!("Hello, world!");

    let southern_germany = "Grüß Gott!";
    let japan = "ハロー・ワールド";
    let china = "你好，世界！";

    let regions = [southern_germany, japan, china];

    for region in regions.iter() {
        println!("{}", &region);
    }

}

感叹号表示引用了一个宏
Rust 中的变量赋值，更恰当的称呼是变量绑定，使用 let 关键字
原生支持 Unicode，不需要考虑乱码问题
使用方括号表示数组
很多数据类型可以通过 iter()返回迭代器
&表示取出地址的值

修改后，项目的执行结果：

4. 文本处理

接下来，通过实例了解 Rust 的文本处理能力。主要包括以下特性：

常见的控制流机制：包括 for 循环和 continue 关键字
函数语法：虽然 Rust 不是面向对象的，因为它不支持继承，但它继承了面向对象语言的这个特点
高级编程：函数可以同时接受和返回函数。例如，实例第 19 行包括一个闭包，也被称为匿名函数或 λ（lambda）函数
类型注解：虽然用得不多，但偶尔也需要这些注解提示编译器（第 28 行）
有条件地编译：编译项目时，不会编译第 22-24 行的内容
隐式返回：Rust 提供了一个 return 关键字，但它通常被省略了

fn main() {                 // <1>
    let penguin_data = "\
    common name,length (cm)
    Little penguin,33
    Yellow-eyed penguin,65
    Fiordland penguin,60
    Invalid,data
    ";

    let records = penguin_data.lines();    // <2>

    for (i, record) in records.enumerate() {   // <3>
      if i == 0 || record.trim().len() == 0 {  // <4>
        continue;
      }

      let fields: Vec<_> = record     // <5>
        .split(',')                   // <6>
        .map(|field| field.trim())    // <7>
        .collect();                   // <8>

      ifcfg!(debug_assertions) {              // <9>
        eprintln!("debug: {:?} -> {:?}",
                   record, fields);            // <10>
      }

      let name = fields[0];                    // <11>
      ifletOk(length) = fields[1].parse::<f32>() { // <12>
          println!("{}, {}cm", name, length);        // <13>
      }
    }
  }

可执行项目必须有一个 main 函数
将字符串按行拆分成切片
遍历每行字符串，i 是下标，record 是 item
跳过表头和空行
Vec 类型是向量的简称,向量是一种数组，在需要时可以动态扩展。下划线要求编译器推断出向量的元素类型。即变量名 fields，类型为 Vec，Vec 中元素类型 Rust 推导。
将 record 拆分成子字符串数组（以逗号为分隔符）
对于循环，可以使用高级函数，这里去掉空白字符。map()对 split 出来的每个子字符串应用函数 term()，field 临时变量表示每个子字符串（个人理解，不一定对）
Collects 迭代的结果并保存到向量 fields 中
这个代码块是为了调试，感叹号 ! 表示宏调用，宏类似于函数，返回代码而不是值，通常用于简化常见的模式
打印到标准错误输出， {:?} 语法请求这两种数据类型的默认调试格式作为输出
Rust 支持用整数下标对集合进行索引
将字符串解析为 f32（单精度浮点数）类型，parse 可以将字符串解析为任何实现了 FromStr trait 的类型（在 Rust 中，为了安全起见，不允许隐式的数据类型转换），使用 Ok()函数是为了在 if 的条件中创建 length 变量并进行赋值操作
打印到 stdout，{} 语法表示 Rust 应该使用用户自定义的方法来输出字符串的值，而不是用 {:?} 来显示调试结果

运行项目的输出结果：

可以看到有输出以 debug 开头的行，通过 --release 参数去掉这部分调试内容。

可以通过 -q（quiet）来进一步减少输出信息：

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严格来说，rustc 才是 Rust 编译器，但我们并没有使用它来编译项目，cargon 代替我们调用 rustc ，简化编译过程。如果希望查看 rustc 编译过程的详细信息，使用 --verbose 或 -v 参数。（需要保证目标文件未被编译，如果已经编译则没有对应输出）

rustc：管理 Rust 源代码的编译

rustup：管理 Rust 的安装

5. Rust 的目标：安全

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we need a safer systems programming language[2]

Rust 不受以下情况的影响：

空悬指针（dangling pointers）：对程序运行过程中变得无效的数据进行实时引用（指针被释放后，仍然引用原来的内存）
数据竞争（data race）：由于外部环境的变化，无法确定程序在运行过程中的行为（非线程安全的情况下，多线程对同一个地址空间进行写操作）
缓存溢出（Buffer overflow）：试图访问一个只有 6 个元素数组的第 12 个元素
迭代器失效（Iterator invalidation）：已经迭代的内容被中途修改后导致的问题（python 中遇到过这种问题）

当程序在调试模式下被编译时，Rust 也会对整数溢出进行保护。

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什么是整数溢出：整数只能代表有限的一组数字；这些数字在内存中占用固定的长度。整数溢出是指当整数达到其极限时发生的情况。

空悬指针的示例代码

#[derive(Debug)]// <1>
enum Cereal {       // <2>
    Barley, Millet, Rice,
    Rye, Spelt, Wheat,
}

fn main() {
    letmut grains: Vec<Cereal> = vec![];   // <3>
    grains.push(Cereal::Rye);               // <4>
    drop(grains);                           // <5>

    println!("{:?}", grains);               // <6>
}

允许 println! 打印 Cereal 枚举
枚举是一种有固定数量有效值的类型
初始化空的向量（数组）grains
向 grains 添加元素
删除向量 grains 和其中的内容
尝试访问被删除的值

代码中，Vec是用一个指向底层数组的内部指针实现的，尝试编译项目会出错：

数据竞争的示例代码

use std::thread;                          // <1>

fn main() {
    letmut data = 100;

    thread::spawn(|| { data = 500; });    // <2>
    thread::spawn(|| { data = 1000; });   // <2>

    println!("{}", data);
}

导入 thread 标准库
thread::spawn() 产生一个新的线程，thread::spawn()的闭合由竖条和大括号表示（例如，|| {...}）

使用 cargo 编译不会通过。

缓存溢出的示例代码