% C чего начать
Первый раздел книги рассказывает о том, как начать работать с Rust и его инструментами. Сначала мы установим Rust, затем напишем классическую программу «Привет, мир!» и, наконец, поговорим о Cargo, который представляет собой систему сборки и менеджер пакетов в Rust.
Первым шагом к использованию Rust является его установка. В этой главе нам понадобится интернет-соединение для выполнения команд, с помощью которых мы загрузим Rust из Интернета.
Мы воспользуемся несколькими командами в терминале, и они все будут начинаться с $ . Вам не нужно вводить $ : этот символ используется только для того, чтобы обозначить начало каждой команды. В Интернете можно увидеть множество руководств и примеров, которые следуют этому правилу: $ обозначает команды, которые выполняются с правами обычного пользователя, и # — команды, которые выполняются с правами администратора.
Перечень платформ, на которых работает и для которых компилирует компилятор Rust, довольно большой, однако не все платформы поддерживаются одинаково. Существует три уровня поддержки Rust, каждый из которых предоставляет свой набор гарантий.
Платформы идентифицируются по их «целевой тройке», которая является строкой, сообщающей компилятору, какие выходные данные должны быть произведены. Столбцы ниже указывают, работает ли соответствующий компонент на указанной платформе.
Первый уровень платформ может восприниматься как «гарантированно собирается и работает». В частности, каждая из них удовлетворяет следующим требованиям:
Target | std | rustc | cargo | notes |
---|---|---|---|---|
x86_64-pc-windows-msvc | ✓ | ✓ | ✓ | 64-bit MSVC (Windows 7+) |
i686-pc-windows-gnu | ✓ | ✓ | ✓ | 32-bit MinGW (Windows 7+) |
x86_64-pc-windows-gnu | ✓ | ✓ | ✓ | 64-bit MinGW (Windows 7+) |
i686-apple-darwin | ✓ | ✓ | ✓ | 32-bit OSX (10.7+, Lion+) |
x86_64-apple-darwin | ✓ | ✓ | ✓ | 64-bit OSX (10.7+, Lion+) |
i686-unknown-linux-gnu | ✓ | ✓ | ✓ | 32-bit Linux (2.6.18+) |
x86_64-unknown-linux-gnu | ✓ | ✓ | ✓ | 64-bit Linux (2.6.18+) |
Второй уровень платформ может восприниматься как «гарантированно собирается». Автоматические тесты не поддерживаются, и в связи с этим работоспособность сборки не гарантируется. Но эти платформы обычно работают довольно хорошо, и предложения по улучшению всегда приветствуются! В частности, эти платформы удовлетворяют следующим требованиям:
Target | std | rustc | cargo | notes |
---|---|---|---|---|
i686-pc-windows-msvc | ✓ | ✓ | ✓ | 32-bit MSVC (Windows 7+) |
Третий уровень платформ — это те, которые Rust поддерживает, но для которых принятые изменения автоматически не собираются и не тестируются. Для данных платформ работоспособность сборки определятся степенью содействия сообщества. К тому же официальные пакеты и установщики не предоставляются, но они могут быть предоставлены сообществом.
Target | std | rustc | cargo | notes |
---|---|---|---|---|
x86_64-unknown-linux-musl | ✓ | 64-bit Linux with MUSL | ||
arm-linux-androideabi | ✓ | ARM Android | ||
i686-linux-android | ✓ | 32-bit x86 Android | ||
aarch64-linux-android | ✓ | ARM64 Android | ||
arm-unknown-linux-gnueabi | ✓ | ✓ | ARM Linux (2.6.18+) | |
arm-unknown-linux-gnueabihf | ✓ | ✓ | ARM Linux (2.6.18+) | |
aarch64-unknown-linux-gnu | ✓ | ARM64 Linux (2.6.18+) | ||
mips-unknown-linux-gnu | ✓ | MIPS Linux (2.6.18+) | ||
mipsel-unknown-linux-gnu | ✓ | MIPS (LE) Linux (2.6.18+) | ||
powerpc-unknown-linux-gnu | ✓ | PowerPC Linux (2.6.18+) | ||
i386-apple-ios | ✓ | 32-bit x86 iOS | ||
x86_64-apple-ios | ✓ | 64-bit x86 iOS | ||
armv7-apple-ios | ✓ | ARM iOS | ||
armv7s-apple-ios | ✓ | ARM iOS | ||
aarch64-apple-ios | ✓ | ARM64 iOS | ||
i686-unknown-freebsd | ✓ | ✓ | 32-bit FreeBSD | |
x86_64-unknown-freebsd | ✓ | ✓ | 64-bit FreeBSD | |
x86_64-unknown-openbsd | ✓ | ✓ | 64-bit OpenBSD | |
x86_64-unknown-netbsd | ✓ | ✓ | 64-bit NetBSD | |
x86_64-unknown-bitrig | ✓ | ✓ | 64-bit Bitrig | |
x86_64-unknown-dragonfly | ✓ | ✓ | 64-bit DragonFlyBSD | |
x86_64-rumprun-netbsd | ✓ | 64-bit NetBSD Rump Kernel | ||
i686-pc-windows-msvc (XP) | ✓ | Windows XP support | ||
x86_64-pc-windows-msvc (XP) | ✓ | Windows XP support |
Имейте в виду, что данная таблица со временем может быть дополнена: это не исчерпывающий набор платформ третьего уровня!
Если вы используете Linux или Mac, то всё, что вам нужно сделать, — это ввести следующую команду в консоль:
$ curl -s Sf https://static.rust-lang.org/rustup.sh | sh
Эта команда загрузит скрипт и начнёт установку. Если всё пройдёт успешно, то вы увидите следующий текст:
Welcome to Rust.
This script will download the Rust compiler and its package manager, Cargo, and
install them to /usr/local. You may install elsewhere by running this script
with the --prefix=
Нажмите y для подтверждения и следуйте дальнейшим подсказкам.
Если вы используете Windows, то скачайте подходящий установщик .
Удалить Rust так же просто, как и установить его. На Linux или Mac нужно просто запустить скрипт удаления:
$ sudo /usr/local /lib/rustlib/uninstall.sh
Если вы использовали установщик Windows, то просто повторно запустите.msi , который предложит вам возможность удаления.
Если у вас установлен Rust, то можно открыть терминал и ввести:
$ rustc --version
Вы должны увидеть версию, хеш коммита и дату коммита.
Если это так, то теперь у вас есть установленный Rust! Поздравляем!
Если нет и вы пользователь Windows, то убедитесь в том, что Rust прописан в вашей системной переменной %PATH%. Если это не так, то запустите установщик снова, выберите "Change" на странице "Change, repair, or remove installation" и убедитесь, что "Add to PATH" указывает на локальный жёсткий диск.
Существует несколько мест, где вы можете получить помощь. Самый простой вариант — канал #rust на irc.mozilla.org , к которому вы можете подключиться через Mibbit . Нажмите на эту ссылку, и вы будете общаться в чате с другими Rustaceans (это дурашливое прозвище, которым мы себя называем), и мы поможем вам. Другие полезные ресурсы, посвящённые Rust: форум пользователей и Stack Overflow . Русскоязычные ресурсы: сайт сообщества , форум , Stack Overflow .
Установщик также устанавливает документацию, которая доступна без подключения к сети. На UNIX системах она располагается в директории /usr/local/share/doc/rust . В Windows используется директория share/doc , относительно того, куда вы установили Rust.
Теперь, когда вы установили Rust, давайте напишем первую программу на Rust. Традиционно при изучении нового языка программирования первая написанная программа просто выводит на экран «Привет, мир!», и мы следуем этой традиции.
Хорошо начинать с такой простой программы, поскольку можно убедиться, что ваш компилятор не только установлен, но и работает правильно. Вывод информации на экран будет замечательным способом проверить это.
На самом деле это приводит к ещё одной проблеме, о которой мы должны предупредить: данное руководство предполагает, что у вас есть базовые навыки работы с командной строкой. Rust не выдвигает специфических требований к вашей среде разработки или тому, как вы храните свой код. Если вы предпочитаете использовать IDE, посмотрите на проект SolidOak , или на плагины к вашей любимой IDE. Есть множество расширений, разрабатываемых сообществом, а также плагинов для разных редакторов , поддерживаемых командой Rust. Настройка вашего редактора или IDE выходит за пределы данного руководства. Посмотрите руководство по использованию выбранного вами плагина.
Первое, с чего мы должны начать, — создание файла для нашего кода. Для Rust не имеет значения, где находится ваш код, но в рамках этого руководства мы рекомендуем создать директорию projects в вашей домашней директории и хранить там все ваши проекты. Откройте терминал и введите следующие команды, чтобы создать директорию для этого проекта:
$ mkdir ~/projects $ cd ~/projects $ mkdir hello_world $ cd hello_world
Если вы используете Windows и не используете PowerShell, ~ может не работать. Обратитесь к документации вашей оболочки для уточнения деталей.
Теперь создадим новый файл для кода программы. Назовём наш файл main.rs . Файлы с исходным кодом на Rust всегда имеют расширение .rs . Если вы хотите использовать в имени вашего файла больше одного слова, разделяйте их подчёркиванием; например hello_world.rs , а не helloworld.rs .
Теперь откройте только что созданный файл main.rs и добавьте в него следующий код:
fn main () { println! ("Привет, мир!" ); }Сохраните файл и вернитесь к вашему окну терминала. На Linux или OSX введите следующие команды:
$ rustc main.rs $ ./main Привет, мир!
На Windows просто замените main на main.exe . Вне зависимости от вашей ОС вы должны увидеть строку Привет, мир! в терминале. Поздравляем! Вы написали первую программу на Rust. Теперь вы Rust-разработчик! Добро пожаловать!
Теперь давайте детально разберёмся, что происходит в программе «Привет, мир!». Вот первый кусочек головоломки:
fn main () { }Эти строки объявляют «функцию» в Rust. Функция main особенна: это начало каждой программы на Rust. Первая строка говорит: «Мы объявляем функцию, именуемую main , которая не получает параметров и ничего не возвращает». Если бы мы хотели передать в функцию параметры, то указали бы их в скобках ((и)). Поскольку нам не надо ничего возвращать из этой функции, мы можем опустить указание типа возвращаемого значения. Мы вернёмся к этому позже.
Вы должны были заметить, что функция обёрнута в фигурные скобки ({ и }). Rust требует оборачивать ими тело любой функции. Также хорошим стилем считается ставить открывающую фигурную скобку на той же строке, что и объявление функции, разделяя их одним пробелом.
Теперь эта строка:
println! ("Привет, мир!" );Эта строка делает всю работу в нашей маленькой программе: выводит текст на экран. Тут есть несколько нюансов, которые имеют существенное значение. Во-первых, отступ в четыре пробела, а не табуляция.
Теперь разберёмся с println!() . Это вызов одного из макросов , которыми представлено метапрограммирование в Rust. Если бы вместо макроса была функция, это выглядело бы следующим образом: println() (без!). Позже мы обсудим макросы Rust подробнее, а на данный момент всё, что вам нужно знать: если вы видите! , то вызывается макрос вместо обычной функции.
Идём дальше. "Привет, мир!" — это «строка». Строки — это удивительно сложная тема для системного языка программирования. Это статически расположенная в памяти строка. Мы передаём строку в качестве аргумента в println! , который выводит строки на экран. Достаточно просто!
Строка заканчивается точкой с запятой (;). Rust — язык с ориентацией на выражения , а это означает, что в нём большая часть вещей является выражением. ; используется для указания конца выражения и начала следующего. Большинство строк кода на Rust заканчивается символом; .
В разделе «Написание и запуск программы на Rust» мы рассмотрели, как запустить только что созданную программу. Теперь мы разберём каждый шаг по отдельности.
Перед запуском программы её нужно скомпилировать. Вы можете воспользоваться компилятором Rust с помощью команды rustc и передать ваш файл, как показано здесь:
$ rustc main.rs
Если раньше вы программировали на С или С++, то заметите, что это напоминает gcc или clang . После успешной компиляции Rust создаст двоичный исполняемый файл. На Linux или OSX вы можете убедиться в этом с помощью команды ls:
$ ls main main.rs
Или в Windows:
$ dir main.exe main.rs
У нас есть два файла: файл с нашим исходным кодом, имеющий расширение.rs , и исполняемый файл (main.exe в Windows, main в остальных случаях). Все, что осталось сделать, — это запустить main или main.exe:
$ ./main # или main.exe на Windows
Мы вывели наш текст "Привет, мир!" в окне терминала.
Если раньше вы использовали динамические языки программирования вроде Ruby, Python или JavaScript, то, возможно, разделение компиляции и запуска покажется вам странным. Rust — это язык, на котором программы компилируются перед исполнением . Это означает, что вы можете собрать программу, дать её кому-то ещё, и ему не нужно устанавливать Rust для запуска этой программы. Если вы передадите кому-нибудь.rb , .py или.js файл, им понадобится интерпретатор Ruby, Python или JavaScript, чтобы скомпилировать и запустить вашу программу (это делается одной командой). В мире языков программирования много компромиссов, и Rust сделал свой выбор.
Использовать rustc удобно лишь для небольших программ, но по мере роста проекта потребуется инструмент, который поможет управлять настройками проекта, а также позволит проще делиться кодом с другими людьми и проектами. Далее мы познакомимся с новым инструментом Cargo , который используется для написания настоящих программ на Rust.
Cargo — это система сборки и пакетный менеджер для Rust, и Rustaceans используют его для управления своими проектами на Rust. Cargo заботится о трёх вещах: сборка кода, загрузка библиотек, от которых зависит ваш код, и сборка этих библиотек. Библиотеки, которые нужны вашему коду, мы называем «зависимостями» ("dependencies"), поскольку ваш код зависит от них.
Поначалу вашей программе не понадобится никаких зависимостей, поэтому будем использовать только первую часть его возможностей. Со временем нам понадобится добавить несколько зависимостей, и нам не составит труда сделать это, используя Cargo.
Подавляющее количество проектов на Rust используют Cargo, поэтому в рамках этой книги мы будем исходить из того, что вы тоже делаете это. Если вы использовали официальный установщик, то Cargo установился вместе с Rust. Если же вы установили Rust каким-либо другим образом, то вы можете проверить, есть ли у вас Cargo, введя следующую команду в терминал:
$ cargo --version
Если вы увидели номер версии, то все в порядке. Если же вы увидели сообщение об ошибке наподобие " команда не найдена ", то вам нужно ознакомиться с документацией для системы, в которой вы установили Rust.
Давайте переведём наш проект «Привет, мир!» на использование Cargo. Для перехода на Cargo нужно сделать три вещи:
Давайте сделаем это!
Для начала вернитесь к вашему терминалу, перейдите в вашу директорию hello_world и введите следующие команды:
$ mkdir src $ mv main.rs src/main.rs $ rm main # или "del main.exe" для Windows
Cargo ожидает, что ваши файлы с исходным кодом находятся в директории src . Такой подход оставляет верхний уровень вашего проекта для вещей вроде README, файлов с текстом лицензии и других не относящихся к вашему коду. Cargo помогает нам сохранять наши проекты красивыми и аккуратными. Всему есть своё место, и всё находится на своих местах.
Теперь скопируйте main.rs в директорию src и удалите скомпилированный файл, который вы создали с помощью rustc .
Отметим, что поскольку мы создаём исполняемый файл, то мы используем main.rs . Если бы мы хотели создать библиотеку, то мы использовали бы lib.rs. Cargo использует это соглашение для успешной компиляции вашего проекта, но вы можете это изменить, если захотите.
Теперь создайте новый файл внутри директории hello_world и назовите его Cargo.toml .
Убедитесь в том, что имя правильное: вам нужна заглавная C ! В противном случае Cargo не найдёт конфигурационный файл.
Это файл в формате TOML (Tom"s Obvious, Minimal Language). TOML — это аналог INI, но с некоторыми дополнениями, и он используется в конфигурационных файлах для Cargo.
Поместите в данный файл следующие строки:
name = "hello_world" version = "0.0.1" authors = [ "Your nameПервая строка, , говорит о том, что следующие параметры отвечают за настройку пакета. Когда нам понадобится добавить больше информации в этот файл, мы создадим другие разделы, но сейчас нам достаточно настроек пакета.
Другие три строчки устанавливают три значения конфигурации, которые необходимы Cargo для компиляции вашей программы: имя, версия и автор.
Теперь, после создания файла Cargo.toml в корневой директории, мы готовы приступить к сборке и запуску нашего проекта. Чтобы сделать это, введите следующие команды:
$ cargo build Compiling hello_world v0.0.1 (file:///home/yourname/projects/hello_world) $ ./target/debug/hello_world Привет, мир!
Та-да! Мы собрали наш проект, вызвав cargo build , и запустили его с помощью./target/debug/hello_world . Мы можем сделать это в один шаг, используя cargo run:
$ cargo run Running `target/debug/hello_world` Привет, мир!
Заметьте, что сейчас мы не пересобрали наш проект. Cargo понял, что мы не изменили файл с исходным кодом, и сразу запустил исполняемый файл. Если бы мы изменили файл, мы бы увидели оба шага:
$ cargo run Compiling hello_world v0.0.1 (file:///home/yourname/projects/hello_world) Running `target/debug/hello_world` Привет, мир!
На первый взгляд это кажется сложнее, по сравнению с более простым использованием rustc , но давайте подумаем о будущем: если в нашем проекте будет больше одного файла, мы должны будем вызывать rustc для каждого из них и передавать кучу параметров, чтобы собрать их вместе. С Cargo, когда наш проект вырастет, нам понадобится вызвать только команду cargo build , и она всё сделает за нас.
Когда вы закончите работать над проектом и он окончательно будет готов к релизу, используйте команду cargo build --release для компиляции вашего проекта с оптимизацией. Эти оптимизации делают ваш код на Rust быстрее, но требуют больше времени на компиляцию. Именно из-за этого существует два разных способа: один для разработки, другой для сборки финальной версии, которую вы отдадите пользователям.
Также вы должны были заметить, что Cargo создал новый файл: Cargo.lock .
name = "hello_world" version = "0.0.1"Этот файл используется Cargo для отслеживания зависимостей в вашем приложении. Прямо сейчас у нас нет ни одной, поэтому этот файл немного пустоват. Вам не нужно редактировать этот файл самостоятельно, Cargo сам с ним разберётся.
Вот и все! Мы успешно собрали hello_world с помощью Cargo.
Несмотря на то, что наша программа проста, мы использовали большую часть реальных инструментов, которые вы будете использовать в своём дальнейшем пути Rust-программиста. Более того, вы можете рассчитывать, что практически все проекты на Rust можно будет собрать с помощью вариации этих команд:
$ git clone someurl.com/foo $ cd foo $ cargo build
Вам не нужно повторять вышеприведённые шаги каждый раз, когда вы хотите создать новый проект! Cargo может создать директорию проекта, в которой вы сразу сможете приступить к разработке.
Чтобы создать новый проект с помощью Cargo, нужно ввести команду cargo new:
$ cargo new hello_world --bin
Мы указываем аргумент --bin , так как хотим создать исполняемую программу. Если мы не укажем этот аргумент, то Cargo создаст проект для библиотеки. Исполняемые файлы часто называют бинарниками (поскольку обычно они находятся в /usr/bin , если вы используете Unix систему).
Cargo сгенерировал два файла и одну директорию: Cargo.toml и директорию src с файлом main.rs . Они должны выглядеть так же, как те, что мы создали ранее.
Этого достаточно для того, чтобы начать. Открыв Cargo.toml , вы должны увидеть следующее:
name = "hello_world" version = "0.1.0" authors = ["Your NameCargo наполнил этот файл значениями по умолчанию на основании переданных аргументов и глобальной конфигурации git . Также он инициализировал директорию hello_world как git репозиторий.
Вот что должно быть внутри src/main.rs:
fn main () { println! ("Hello, world!" ); }Cargo создал «Hello World!» для нас, и вы уже можете приступить к программированию!
У Cargo есть собственное руководство , в котором про него рассказано более детально.
Это основы, которые вы будете часто использовать на протяжении всего вашего взаимодействия с Rust. Теперь давайте отложим инструментарий и узнаем больше о самом языке.
У вас есть два пути: погрузиться в изучение реального проекта, открыв раздел «Изучение Rust », или начать с самого низа и постепенно продвигаться наверх, начав с раздела «Синтаксис и семантика ». Программисты, имеющие опыт работы с системными языками, вероятно, предпочтут «Изучение Rust», в то время как программисты, имеющие опыт работы с динамическими языками, скорее всего, захотят пойти по второму пути. Разные люди учатся по-разному! Выберите то, что подходит именно вам.
В 2013 году компания Mozilla совместно с Samsung сообщила о разработке нового механизма веб-браузера Servo. Он создавался специально для многоядерных процессоров мобильных устройств, способен разбивать задачи на параллельные потоки и многократно уменьшать время загрузки веб-страниц. Servo полностью написан на языке программирования Rust, который Mozilla разработала сама для написания мобильных приложений.
Rust - процедурный язык программирования, поддерживающий различные стили написания кода. Разработчик Грэйдон Хор начал создавать язык в 2006 году, и спустя три года к проекту подключилась Mozilla. В 2010 году Rust презентовали на конференции Mozilla Summit. В этом же году разработку перевели на компилятор, написанный на Rust. Компилятор использовал универсальную систему анализа и трансформации программ LLVM в качестве базы данных.
Первая стабильная версия языка вышла в 2015 году. После релиза альфа-версии Rust подвергся правкам - внутри компилятора оставили только готовые возможности, которые не будут изменяться. Все остальное перенесли в экспериментальный раздел.
В основе языка Грэйдон Хор заложил такие понятия как:
Пример одного из первых кодов на Rust
Однако Rust не лишен и минусов, самые яркие из них:
Впрочем, язык регулярно модернизируется и дополняется: его обновления выходят раз в 6 недель.
Создатели Rust считают его наследником C++, который возник в начале 1980-х годов, когда разработчик придумал несколько усовершенствований к языку С. Поэтому стоит сравнить молодой и все еще изменяющийся язык с проверенным временем.
Именно на C++ был реализован Firefox: этот капризный язык требовал повышенного внимания к деталям. В противном случае ошибки оборачивались серьезными уязвимостями. Rust был призван справиться с этой проблемой.
В рейтинге RedMonk за третий квартал 2018 года язык программирования от Mozilla стабильно занимает 23 место. Эксперты полагают, что улучшение позиций ему не грозит. Несмотря на это, в августе 2018 года создатели выпустили обновленный Rust 1.28.
После релиза Rust в 2015 году, по данным площадки Stack Overflow , с ним хотели ознакомиться 74% разработчиков. Однако уже в 2016 году он переместился на первое место: 79% пользователей назвали Rust любимым языком программирования и изъявили желание продолжить работу с ним. Первое место по этому параметру Rust занял и в 2018 году.
Stack Overflow — популярная система вопросов и ответов о программировании, разработанная в 2008 году.
Популярность Rust подтверждает количество компаний, использующих его в своих разработках. В настоящее время этот список насчитывает 105 организаций.
Я новичок в языке Rust, но он быстро становится моим любимым языком программирования. Хотя написание небольших проектов на Rust обычно менее эргономично и занимает больше времени(по крайней мере, со мной за рулём), это бросает вызов тому, как я думаю о дизайне программы. Мои бои с компилятором становятся менее частыми, после того как я узнаю что-то новое.
Сообщество Rust в последнее время сконцентрировало много своих усилий на асинхронном вводе/выводе, реализованном в виде библиотеки Tokio . И это замечательно.
Многим из участников сообщества, тем, которые не работали с веб-серверами и связанными с этим вещами, не ясно, чего же мы хотим добиться. Когда эти вещи обсуждались во времена версии 1.0, я тоже имел смутное представление об этом, никогда прежде не работав с этим раньше.
Что такое футуры?(futures )?
Я покажу вам, как написать небольшую программу, которая скачивает ленту (feed ) в формате JSON, парсит и выводит список заметок на консоль в форматированном виде.
У нас все вылилось в очень лаконичный код. Как? Смотрите под катом.
Ключевое слово unsafe является неотъемлемой частью дизайна языка Rust. Для тех кто не знаком с ним: unsafe - это ключевое слово, которое, говоря простым языком, является способом обойти проверку типов(type checking ) Rust’а.
Существование ключевого слова unsafe для многих поначалу является неожиданностью. В самом деле, разве то, что программы не« падают» от ошибок при работе с памятью, не является особенностью Rust? Если это так, то почему имеется лёгкий способ обойти систему типов? Это может показаться дефектом дизайна языка.
Все же, по моему мнению, unsafe не является недостатком. На самом деле он является важной частью языка. unsafe выполняет роль некоторого выходного клапана - это значит то, что мы можем использовать систему типов в простых случаях, однако позволяя использовать всевозможные хитрые приёмы, которые вы хотите использовать в вашем коде. Мы только требуем, чтобы вы скрывали эти ваши приёмы( unsafe код) за безопасными внешними абстракциями.
Данная заметка представляет ключевое слово unsafe и идею ограниченной« небезопасности». Фактически это предвестник заметки , которую я надеюсь написать чуть позже. Она обсуждает модель памяти Rust, которая указывает, что можно, а что нельзя делать в unsafe коде.
Будучи новичком в Rust, я запутывался в различных способах представления строк. В книге о языке Rust есть глава « References and Borrowing» , в которой используется три различных типа строковых переменных в примерах: String , &String и &str .
Начнём с разницы между str и String: String - это расширяемая, выделяемая на куче структура данных, тогда как str - это неизменяемая строка фиксированной длины, где-то в памяти.
Многие программисты уже умеют программировать на объектно-ориентированных языках. Rust не является классическим объектно-ориентированным языком, но основные инструменты ООП можно применять и в нём.
В этой статье мы рассмотрим, как программировать на Rust в ООП-стиле. Мы будем делать это на примере: построим иерархию классов в учебной задаче.
Наша задача - это работа с геометрическими фигурами. Мы будем выводить их на экран в текстовом виде и вычислять их площадь. Наш набор фигур - прямоугольник, квадрат, эллипс, круг.
Rust - элегантный язык, который несколько отличается от многих других популярных языков. Например, вместо использования классов и наследования, Rust предлагает собственную систему типов на основе типажей. Однако я считаю, что многим программистам, начинающим своё знакомство с Rust(как и я), неизвестны общепринятые шаблоны проектирования.
В этой статье, я хочу обсудить шаблон проектирования новый тип (newtype), а также типажи From и Into , которые помогают в преобразовании типов.
Последнее время я много размышлял о шаблонах проектирования и приёмах, которые мы используем в программировании. Это и в самом деле прекрасно - начать исследовать проект и видеть знакомые шаблоны и стили, которые ты уже не раз встречал. Это облегчает понимание проекта и даёт возможность ускорить работу.
Иногда ты работаешь над новым проектом и понимаешь, что тебе нужно сделать что-то также, как ты делал это в прошлом проекте. Это может быть не часть функционала или библиотека, это может быть то, что нельзя обернуть в изящный макрос или маленький контейнер. Это может быть просто шаблон проектирования или структурная концепция, которые хорошо решают проблему.
Один интересный шаблон, часто применяемый к таким проблемам -« Конечный автомат». Предлагаю потратить немного времени, чтобы понять, что именно имеется ввиду под этим словосочетанием, и почему же это так интересно.
Ниже представлено графическое описание перемещения, копирования и заимствования в языке программирования Rust . В основном, эти понятия специфичны только для Rust и часто являются камнем преткновения для новичков.
Чтобы избежать путаницы, я попытался свести текст к минимуму. Данная заметка не является заменой различных учебных руководств, и лишь сделана для тех, кто считает, что визуально информация воспринимается легче. Если вы только начали изучать Rust и считаете данные графики полезными, то я бы порекомендовал вам отмечать свой код похожими схемами для лучшего закрепления понятий.
Реализация арифметики натуральных чисел с помощью чисел Пеано - популярная задача в обучение программированию. Мне было интересно, можно ли реализовать их на Rust.
Таким образом моя задача: записать и сложить натуральные числа с проверкой на уровне типов.
Если верить википедии« Аксио́мы Пеа́но - одна из систем аксиом для натуральных чисел, введённая в XIX веке итальянским математиком Джузеппе Пеано.»
Нас интересуют две из них - с помощью которых можно ввести и использовать натуральные числа:
Дословно запишем на rust с помощью:
1 2 3 4 | enum Nat { Zero , Succ (Nat ) } |
Nat - это либо ноль, либо следующее натуральное число.
Замечание : проект futures-rs был реорганизован и многие вещи были переименованы. Где возможно, ссылки были обновлены.
Этот документ поможет вам изучить контейнер для языка программирования Rust - futures , который обеспечивает реализацию futures и потоков с нулевой стоимостью. Futures доступны во многих других языках программирования, таких как C++ , Java , и Scala , и контейнер futures черпает вдохновение из библиотек этих языков. Однако он отличается эргономичностью, а также придерживается философии абстракций с нулевой стоимостью, присущей Rust, а именно: для создания и композиции futures не требуется выделений памяти, а для Task , управляющего ими, нужна только одна аллокация. Futures должны стать основой асинхронного компонуемого высокопроизводительного ввода/вывода в Rust, и ранние замеры производительности показывают, что простой HTTP сервер, построенный на futures, действительно быстр.
Эта документация разделена на несколько разделов:
Замечание : проект futures-rs был реорганизован и многие вещи были переименованы. Где возможно, ссылки были обновлены.
Одним из основных пробелов в экосистеме Rust был быстрый и эффективный асинхронный ввод/вывод . У нас есть прочный фундамент из библиотеки mio , но она очень низкоуровневая: приходится вручную создавать конечные автоматы и жонглировать обратными вызовами.
Нам бы хотелось чего-нибудь более высокоуровневого, с лучшей эргономикой, но чтобы оно обладало хорошей компонуемостью , поддерживая экосистему асинхронных абстракций, работающих вместе. Звучит очень знакомо: ту же цель преследовало внедрение futures (или promises) во многие языки , поддерживающие синтаксический сахар в виде async/await на вершине.
Примитивные целочисленные типы, поддерживаемые процессорами, являются ограниченным приближением к бесконечному набору целых чисел, которыми мы привыкли оперировать в реальной жизни. Это ограниченное представление не всегда совпадает с« реальными» числами, например 255_u8 + 1 == 0 . Зачастую программист забывает об этой разнице, что легко может приводить к багам.
Rust - это язык программирования, целью которого является защита от багов, он фокусируется на предотвращении наиболее коварных из них - ошибок работы с памятью, но также старается помочь программисту избежать остальных проблем: , игнорирования ошибок и, как мы увидим, переполнения целых чисел .
Iron - это высокоуровневый веб-фреймворк, написанный на языке программирования Rust и построенный на базе другой небезызвестной библиотеки hyper. Iron разработан таким образом, чтобы пользоваться всеми преимуществами, которые нам предоставляет Rust. Iron старается избегать блокирующих операций в своём ядре.
Iron построен на принципе расширяемости настолько, насколько это возможно. Он вводит понятия для расширения собственного функционала:
С базовой частью модификаторов и промежуточных типажей вы познакомитесь в ходе статьи.
Для начала создадим проект с помощью Cargo, используя команду:
Скомпилировав получим соответствующий исполняемый файл:
1 2 3 | $ rustc hello.rs $ du -h hello 632K hello |
632 килобайт для простого принта?! Rust позиционируется как системный язык, который имеет потенциал для замены C/C++, верно? Так почему бы не проверить аналогичную программу на ближайшем конкуренте?
В нашей среде широко распространена мысль о том, что одним из преимуществ сборщика мусора является простота разработки высоко-производительных lock-free структур данных. Ручное управление памятью в них сделать не просто, а GC с лёгкостью решает эту проблему.
Этот пост покажет, что, используя Rust, можно построить API управления памятью для конкурентных структур данных, которое:
В тестах, которые я покажу ниже, Rust легко превосходит реализации lock-free очередей в Java, а саму реализацию на Rust легко написать.
Я реализовал схему управления памятью, основанную на эпохах(«epoch-based memory reclamation») в новой библиотеке Crossbeam, которая на сегодняшний день готова к использованию с вашими структурами данных. В этом посте я расскажу о lock-free структурах данных, алгоритме эпох и внутреннем API Rust.
Ошибки доступа к памяти и утечки памяти представляют собой две категории ошибок, которые привлекают больше всего внимания, так что на предотвращение или хотя бы уменьшение их количества направлено много усилий. Хотя их название и предполагает схожесть, однако они в некотором роде диаметрально противоположны и решение одной из проблем не избавляет нас от второй. Широкое распространение управляемых языков подтверждает эту идею: они предотвращают некоторые ошибки доступа к памяти, беря на себя работу по освобождению памяти.
Проще говоря: нарушение доступа к памяти - это какие-то действия с некорректными данными, а утечка памяти - это отсутствие определённых действий с корректными данными . В табличной форме:
У меня есть несколько мыслей об изучении языков программирования.
Во-первых, мы подходим к этому неправильно. Я уверен, что вы испытывали такие же ощущения. Вы пытаетесь изучить новый язык и не совсем понимаете, как в нём всё устроено. Почему в одном месте используется один синтаксис, а в другом другой? Все эти странности раздражают, и в итоге мы возвращаемся к привычному языку.
Я считаю, что наше восприятие языков играет с нами злую шутку. Вспомните, как вы последний раз обсуждали новый язык. Кто-то упомянул о нём, а кто-то другой поинтересовался его скоростью, синтаксисом или имеющимся веб-фреймворком.
Это очень похоже на обсуждение автомобилей. Слышали о новом УАЗ Рыбак? Насколько он быстр? Смогу ли я проехать на нём через озеро?
Когда мы похожим образом говорим о языках, то подразумеваем, что они взаимозаменяемы. Как машины. Если я знаю, как управлять Ладой Саранск, значит смогу вести и УАЗ Рыбак без каких-либо проблем. Разница только в скорости и приборной панели, не так ли?
Но представьте, как будет выглядеть PHP-автомобиль. А теперь вообразите, насколько будет отличаться автомобиль Lisp. Пересесть с одного на другой потребует гораздо большего, чем усвоить, какая кнопка управляет отоплением.
Примечание: Эта статья предполагает, что читатель знаком с Rust FFI (перевод), порядком байтов (endianess) и ioctl .
При создании биндингов к коду на С мы неизбежно столкнёмся со структурой, которая содержит в себе объединение. В Rust отсутствует встроенная поддержка объединений, так что нам придётся выработать стратегию самостоятельно. В С объединение - это тип, который хранит разные типы данных в одной области памяти. Существует много причин, по которым можно отдать предпочтение объединению, такие как: преобразование между бинарными представлениями целых чисел и чисел с плавающей точкой, реализация псевдо-полиморфизма и прямой доступ к битам. Я сфокусируюсь на псевдо-полиморфизме.
Перевод статьи Федерико Мена-Кинтеро, который, наряду с Мигелем де Икаса, основал проект GNOME - широко используемую, свободную графическую среду, в основном для систем GNU/Linux. Перед этим он некоторое время поддерживал GIMP . Сейчас Федерико активно развивает библиотеку librsvg с использованием языка программирования Rust. По его мнению, разработка достигла момента, когда портирование некоторых крупных компонент с C на Rust выглядит более лёгкой задачей, чем просто добавление аксессоров к ним. Федерико часто приходится переключаться с C на Rust и обратно, и в статье он рассказывает, почему считает C очень и очень примитивным языком для современного ПО.
Я влюбился в язык программирования C около 24-ёх лет назад. Я выучил основы, прочитав испанский перевод второго издания «Языка программирования C» Кернигана/Ритчи (K&R) . До этого я писал на Turbo Pascal в довольно низкоуровневой манере - с указателями и ручным выделением памяти. После него C казался освежающим и мощным.
К&R - это отличная книга благодаря стилю изложения и лаконичности программирования. Эта книга даже учит, как реализовать простые функции malloc/free , что крайне поучительно. Даже такие низкоуровневые конструкции, которые выглядят как часть языка, могут быть реализованы на самом языке!
В последующие годы я хорошо освоил C. Это простой язык с небольшой стандартной библиотекой. Наверное, это был идеальный язык для реализации ядер Unix в 20 000 строк кода или около того.
GIMP и GTK+ научили меня тому, как использовать модный объектно-ориентированный подход в C. GNOME показал, как поддерживать крупномасштабные проекты, написанные на C. Стало казаться, что 20 000 строк C кода - это проект, который можно практически полностью понять за пару недель.
Но наши кодовые базы уже далеко не такие маленькие. Сейчас в процессе разработки программного обеспечения огромные надежды возлагаются на функции, доступные в стандартной библиотеке языка.
Один из первых блог-постов, которые я прочитал о Rust, назывался «В Rust вам никогда не придётся закрывать сокет» . Rust заимствует у C++ идеи об идиоме (Resource Acquisition Is Initialization, получение ресурса есть инициализация) и умных указателях, добавляет принцип единоличного владения для значений и предоставляет механизм автоматического, детерминированного управления ресурсами в очень изящной упаковке.
После того, как постоянно забываешь освобождать/закрывать/уничтожать объекты в C, или, ещё хуже, пытаешься понять, где в чужом коде забыли сделать что-то из этого (или ошибочно сделали дважды )… я просто больше этого не хочу.
Vec
После написания большого количества сомнительных макросов на C, чтобы сделать что-то похожее… я больше этого не хочу.
Rust - это не Java-подобный объектно-ориентированный язык, подробнее об этом можно прочитать в open-source книге «The Rust Programming Language» . Вместо этого в нём есть типажи, которые поначалу похожи на интерфейсы в Java, - простой способ осуществления динамического переключения (dynamic dispatch), так что если объект реализует Drawable , то можно предположить, что у него есть метод draw() .
Однако типажи - это более мощный инструмент. Одной из отличительных особенностей типажей можно считать ассоциированные типы (associated types). Например, Rust предоставляет типаж Iterator , который вы можете реализовать:
Pub trait Iterator {
type Item;
fn next(&mut self) -> Option
Это означает, что всякий раз, когда вы реализуете этот типаж для какого-либо объекта, поддерживающего итерирование, вы также указываете тип Item для значений, которые он выдаёт. Если вы вызываете next() и элементы ещё остались, вы получите Some(ТипВашегоЭлемента) . Когда у вашего итератора закончатся элементы, он вернет None .
Ассоциированные типы могут ссылаться на другие типажи.
Например, в Rust вы можете использовать циклы for со всем, что реализует типаж IntoIterator:
Pub trait IntoIterator {
/// Тип элементов, по которым идёт итерация
type Item;
/// В какой тип итератора мы преобразуемся?
type IntoIter: Iterator
Когда реализуете этот типаж, вы должны указать и тип элементов, которые будет выдавать ваш итератор, и сам тип IntoIter , который реализует типаж Iterator и хранит состояние вашего итератора.
Таким образом, вы можете построить настоящую сеть типов, которые ссылаются друг на друга. Вы можете написать типаж, который говорит: «Я могу сделать foo и bar, но только если вы дадите мне тип, который умеет делать вот это и это».
Я уже писал о том, насколько в C не хватает срезов (slices) для работы со строками и какая это головная боль, когда привык, что они под рукой.
Вместо того, чтобы
вы пишете файл Cargo.toml , в котором перечисляются названия и версии всех наших зависимостей. Они будут загружены из общеизвестного источника или из любого другого, указанного вами.
Не нужно сражаться с зависимостями. Оно просто работает, когда вы набираете cargo build .
В C очень сложно покрывать код тестами по нескольким причинам:
В Rust вы пишете
# fn test_that_foo_works() { assert!(foo() == expected_result); }
в любом месте программы или библиотеки, и, когда вы набираете cargo test , ОНО ПРОСТО, *****, РАБОТАЕТ. Этот код линкуется только в тестовый исполняемый файл. Не нужно ничего компилировать дважды вручную, писать Makefile-магию или разбираться, как вытащить внутренние функции для тестирования.
Для меня это одна из главных киллер-фич языка.
Rust генерирует документацию на основе комментариев, размеченных с помощью Markdown. Код из документации запускается как обычные тесты . Вы можете показывать, как функция должна использоваться, одновременно тестируя её:
/// Multiples the specified number by two /// /// ``` /// assert_eq!(multiply_by_two(5), 10); /// ``` fn multiply_by_two(x: i32) -> i32 { x * 2 }
Код из примера запускается как тест, чтобы убедиться, что ваша документация своевременно обновляется вместе с кодом программы.
В Rust особые гигиеничные макросы, позволяющие избежать проблем, при которых во время разворачивания C макросов происходит непреднамеренное затенение идентификаторов в коде. Вам больше не нужно писать макросы, заключая все символы в скобки, чтобы max(5 + 3, 4) работал правильно.
Все эти баги, которые появляются в C из-за непреднамеренного приведения int к short или к char и т. п. - в Rust их нет. Вы должны приводить типы явно.
Этим всё сказано.
В Rust, если что-то вызывает неопределенное поведение в «безопасном режиме» (всё, что написано вне блоков unsafe {}), это расценивается как баг самого языка. Например, можно сделать побитовый сдвиг отрицательного целого числа вправо и произойдёт именно то, что вы ожидаете.
Знаете, как gcc выдает предупреждение, если вы используете switch() с перечислением (enum), но обработаете не все варианты? Это детский сад по сравнению с Rust.
В Rust в различных местах используется сопоставление с образцом . Он умеет делать эту штуку с перечислениями в match-выражении. Он поддерживает деструктурирование, а это значит, что можно возвращать несколько значений из функции:
Impl f64 { pub fn sin_cos(self) -> (f64, f64); } let angle: f64 = 42.0; let (sin_angle, cos_angle) = angle.sin_cos();
match работает на строках. ВЫ МОЖЕТЕ МАТЧИТЬ ГРЁБАНЫЕ СТРОКИ.
Let color = "зеленый"; match color { "красный" => println!("Это красный"), "зеленый" => println!("Это зеленый"), _ => println!("Что-то другое"), }
Вы же знаете, насколько такое плохо читается?
my_func(true, false, false)
Как насчет того, чтобы вместо этого использовать сопоставление с образцом на аргументах функции:
Pub struct Fubarize(pub bool); pub struct Frobnify(pub bool); pub struct Bazificate(pub bool); fn my_func(Fubarize(fub): Fubarize, Frobnify(frob): Frobnify, Bazificate(baz): Bazificate) { if fub { ...; } if frob && baz { ...; } } ... my_func(Fubarize(true), Frobnify(false), Bazificate(true));
Я подробно останавливался на этом. Больше никаких булевых возвращаемых значений без нормального описания ошибки, никаких случайно проигнорированных ошибок, никакой обработки исключительных ситуаций longjmp-ами.
Если вы пишете новый тип (скажем, структуру с кучей полей), то можно написать # , и Rust будет знать, как автоматически напечатать содержимое этого типа для отладки. Больше не нужно руками писать специальную функцию, которую затем придётся вызывать из gdb, только для того, чтобы посмотреть содержимое полей пользовательского типа.
Вам больше не придётся передавать указатели на функцию и user_data вручную.
Я пока не попробовал «fearless concurrency» , где компилятор может предотвращать гонки данных в многопоточном коде. Я полагаю, что это в корне меняет положение дел для людей, которые пишут параллельный код на регулярной основе.
C - это старый язык с примитивными конструкциями и примитивными инструментами. Он хорошо подходил для небольших однопроцессорных Unix-ядер, которые работали в доверенных, академических средах. Но для современного программного обеспечения он больше не подходит.
Rust непросто освоить, но я уверен, что это того стоит. Сложность в том, что язык требует от вас глубокого понимания кода, который вы хотите написать. Я думаю, что это один из тех языков, которые делают вас лучше как программиста и позволяют решать более амбициозные проблемы.