Rust
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、並行式、过程式以及面向对象的程式設計风格。
| 编程范型 | 編譯語言、並行计算、 函数式、指令式、 物件導向、结构化 |
|---|---|
| 設計者 | Graydon Hoare |
| 實作者 | Mozilla |
| 发行时间 | 2010年 |
| 目前版本 |
|
| 型態系統 | 靜態類型、強型別、 類型推論、結構類型 |
| 作業系統 | Linux、macOS、Windows FreeBSD、Android、iOS等[2] |
| 許可證 | Apache许可证2.0及MIT許可證[3] |
| 文件扩展名 | .rs、.rlib |
| 網站 | rust-lang.org |
| 啟發語言 | |
| 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] | |
| 影響語言 | |
| C# 7[7]、Elm[8]、Idris[9]、Swift[10] | |
Rust語言原本是Mozilla員工Graydon Hoare的私人計劃，而Mozilla於2009年開始贊助這個計劃 [14]，並且在2010年首次公開[15]。也在同一年，其編譯器原始碼開始由原本的OCaml語言轉移到用Rust語言，進行自舉工作，稱做「rustc」[16]，並於2011年實際完成[17]。這個可自我編譯的編譯器在架構上採用了LLVM做為它的後端。
第一個有版本號的Rust編譯器於2012年1月釋出。[18]Rust 1.0是第一個穩定版本，於2015年5月15日釋出。[19]
Rust在完全開放的情況下開發，並且相當歡迎社区的回饋。在1.0穩定版之前，語言設計也因為透過撰寫Servo網頁瀏覽器排版引擎和rustc編譯器本身，而有進一步的改善。它雖然由Mozilla資助，但其實是一個共有專案，有很大部分的程式碼是來自於社区的貢獻者。[20]
設計
Rust的設計目標之一，是要使設計大型的網際網路客户端和伺服器的任務變得更容易[21]。因此更加強調安全性、記憶體配置、以及並行處理等方面的特性。
性能
在效能上，具有額外安全保證的代碼會比C++慢一些，例如Rust对数组进行操作时会進行边界检查（尽管可以通过一些方式[22]绕过[23]），而C++则不会，但是如果等價的C++代碼作手工检查，則兩者效能上是相似的[24]。
编译报错
比起C/C++，Rust编译器的对于代码中错误的提示更清晰明瞭，开发者可根据提示轻松地修复代码中的错误。
編譯速度
由於其編譯器會做出額外的安全檢查，Rust的編譯速度有時低於C/C++。
语法
Rust的語法設計，與C語言和C++相當相似，區塊（block）使用大括號隔開，流程控制的關鍵字如if、else、while等等。在保持相似性的同時，Rust也加進了新的關鍵字，如用於模式匹配（pattern matching）的match（與switch相似）則是使用C／C++系統程式語言的人會相對陌生的概念。儘管在語法上相似，Rust的語義（semantic）和C／C++非常不同。
内存安全
為了提供内存安全，它的設計不允許空指標和懸空指標[25][26]。 指針只能透過固定的初始化形態來建構，而所有這些形態都要求它們的輸入已經分析過了[27]。Rust有一個檢查指標生命期間和指標凍結的系統，可以用來預防在C++中許多的型別錯誤，甚至是用了智能指针功能之後會發生的型別錯誤。
所有权
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
早期的Rust雖然有垃圾回收系統，但非如Java或.NET平台的全自動垃圾回收。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
它的型別系統直接地模仿了Haskell語言的类型类概念，並把它稱作「traits」，可以把它看成是一種特设多态。Rust的作法是透過在宣告型別變數（type variable）的時候，在上面加上限制條件。至於Haskell的高階型別變數（Higher-kinded polymorphism）則還未支援。
型別推導也是Rust提供的特性之一，使用let語法宣告的變數可以不用宣告型別，亦不需要初始值來推斷型別。但如果在稍後的程式中從未指派任何值到該變數，編譯器會發出編譯時（compile time）錯誤[30]。 函數可以使用泛型化參數（generics），但是必須綁定Trait。不能使用方法或運算子而不声明它們的型別，每一項都必確明確定義。
Rust的物件系統是基於三樣東西之上的，即實作（implementation）、Trait以及結構化資料（如struct）。實作的角色類似提供Class關鍵字的程式語言所代表的意義，並使用impl關鍵字。繼承和多型則通过Trait實現，它們使得方法（method）可以在實作中被定義。結構化資料用來定義欄位。實作和（trait）都無法定義欄位，並且只有（trait）可以提供繼承，藉以躲避C++的「鑽石繼承問題」（菱型缺陷）。
历史
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基金會宣布將與三星集團合作開發瀏覽器排版引擎Servo，此引擎将由Rust來實作[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、華為、Google、微軟以及Mozilla宣布成立Rust基金會[34][35]。
2022年9月19日，Linux初始開發者林纳斯·托瓦兹表示在Linux核心6.1版中會有對Rust的初步支援[36]。
生态系统
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
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。[37]
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。[38]
代码示例
下面的代码在Rust 1.3中测试通过。
Hello World
fn main() { println!("Hello, World!"); } 如果不想使输出包含换行符(\n)，可以使用print!巨集代替println!巨集。
階乘
下面是三個不同版本的階乘函數，分別以遞迴、迴圈和反覆運算器的方法寫成：
// 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 { // 反覆運算器有多種用於變換的函數 // |accum, x| 定義了一個匿名函數 // 內聯展開等優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)); } 併行
一個簡單的Rust併發示例：
use std::thread; // 這個函數將創建十個同時併發運行的執行緒 // 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(); } } 參考資料
- ^ 1.0 1.1 Announcing Rust 1.67.1.
- ^ . [2017-03-17]. （原始内容存档于2018-02-13）.
- ^ COPYRIGHT. Rust compiler source repository. [2012-12-17].
- ^ 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 The Rust Reference: Appendix: Influences. [2015-03-25]. （原始内容于2015-03-26）.
Rust is not a particularly original language, with design elements coming from a wide range of sources. Some of these are listed below (including elements that have since been removed): SML, OCaml [...] C++ [...] ML Kit, Cyclone [...] Haskell [...] Newsqueak, Alef, Limbo [...] Erlang [...] Swift [...] Scheme [...] C# [...] Ruby [...] NIL, Hermes
- ^ Note Research: Type System. 2015-02-01 [2015-03-25]. （原始内容于2019-02-17）.
Papers that have had more or less influence on Rust, or which one might want to consult for inspiration or to understand Rust's background. [...] Region based memory management in Cyclone [...] Safe memory management in Cyclone
- ^ RFC for `if let` expression. [2014-12-04]. （原始内容于2016-03-04）.
The `if let` construct is based on the precedent set by Swift, which introduced its own `if let` statement.
- ^ Discussion - Patterns and Records. 2015-03-25 [2015-03-25]. （原始内容于2015-08-19）.
Sources of Inspiration: [...] Rust
- ^ Command Optimizations?. 2014-06-26 [2014-12-10]. （原始内容于2019-07-08）.
I just added the outline of a Result library that lets you use richer error messages. It's like Either except the names are more helpful. The names are inspired by Rust's Result library.
- ^ . 2014-08-22 [2014-10-27]. （原始内容存档于2014-12-25）.
They are inspired by linear types, Uniqueness Types in the Clean programming language, and ownership types and borrowed pointers in the Rust programming language.
- ^ Lattner, Chris. Chris Lattner's Homepage. Chris Lattner. 2014-06-03 [2014-06-03]. （原始内容于2018-12-25）.
The Swift language is the product of tireless effort from a team of language experts, documentation gurus, compiler optimization ninjas, and an incredibly important internal dogfooding group who provided feedback to help refine and battle-test ideas. Of course, it also greatly benefited from the experiences hard-won by many other languages in the field, drawing ideas from Objective-C, Rust, Haskell, Ruby, Python, C#, CLU, and far too many others to list.
- ^ Noel. The Rust Language. Lambda the Ultimate. 2010-07-08 [2010-10-30]. （原始内容于2015-11-18）.
- ^ The Rust Programming Language. [2012-10-21]. （原始内容于2016-06-18）.
- ^ Doc language FAQ. [2012-10-21]. （原始内容于2020-07-20）.
- ^ 14.0 14.1 Project FAQ. 2010-09-14 [2012-01-11]. （原始内容于2020-07-20）.
- ^ 15.0 15.1 Future Tense. 2011-04-29 [2012-02-06]. （原始内容存档于2012-09-18）.
At Mozilla Summit 2010, we launched Rust, a new programming language motivated by safety and concurrency for parallel hardware, the “manycore” future which is upon us.
- ^ 16.0 16.1 Hoare, Graydon. . 2010-10-02 [2010-10-30]. （原始内容存档于2014-08-15）.
- ^ 17.0 17.1 Hoare, Graydon. [rust-dev] stage1/rustc builds. 2011-04-20 [2011-04-20]. （原始内容于2011-07-20）.
After that last change fixing the logging scope context bug, looks like stage1/rustc builds. Just shy of midnight :)
- ^ 18.0 18.1 catamorphism. Mozilla and the Rust community release Rust 0.1 (a strongly-typed systems programming language with a focus on memory safety and concurrency). 2012-01-20 [2012-02-06]. （原始内容于2012-01-24）.
- ^ rust/RELEASES.md at master · rust-lang/rust · GitHub. GitHub. [2015-07-26]. （原始内容于2015-05-15）.
- ^ Rust Contributors. [2015-05-17]. （原始内容于2020-05-26）.
- ^ Avram, Abel. Interview on Rust, a Systems Programming Language Developed by Mozilla. InfoQ. 2012-08-03 [2013-08-17]. （原始内容于2013-07-24）.
GH：在其他程式語言中有很多好的、討人喜愛的想法，沒有被廣泛採用的系統程式語言採納...在1970和80年代時，有些相當不錯的競爭者同時存在，我想要把它們所有的某些特性再拿出來，因為現況已經改變：網際網路是併發性非常強的系統，也更加重視安全性，所以以往獨鍾C以及C++的優勢不再成立。
- ^ . The Rust Programming Language Forum. 2016-01-26 [2021-02-08]. （原始内容存档于2021-02-08） （英语）.
- ^ 范, 范长春. 数组和字符串. 深入浅出Rust 2018年8月第一版. 北京: 机械工业出版社. 2018: 72-73. ISBN 9787111606420. OCLC 1097888310.
- ^ Walton, Patrick. C++ Design Goals in the Context of Rust. 2010-12-05 [2011-01-21]. （原始内容于2010-12-09）.
...想要維持和C一樣快又同時保證安全是不可能的...C++在設計上允許各種低層操作，大部分與迴避型態系統有關，藉此C++有了幾乎無限制的最佳化能力。不過在實際上，C++工程師在自己的程式碼中只使用某些特定的工具或技巧，例如透過pass by alias傳遞stack變數、獨特擁有的物件(通常是
auto_ptr或C++0x的unique_ptr)、使用shared_ptr來達成「引用計數」、COM等等。Rust的型態系統的設計目標之一，就是在語言中融入這些安全性設計，並且強迫實行這些原則。這樣的話，效能可以與C++比較，又能同時保持記憶體安全... - ^ Rosenblatt, Seth. Samsung joins Mozilla's quest for Rust. 2013-04-03 [2013-04-05]. （原始内容于2013-04-04）.
[Brendan Eich]提出，每一年，瀏覽器都會在Pwn2Own競賽上發現新的漏洞。他說，Rust「不允許自由讀取記憶體」，但C++則可以。這些便是「導致瀏覽器弱點」，也是能夠自編譯的Rust要解決的問題。
- ^ Brown, Neil. A taste of Rust. 2013-04-17 [2013-04-25]. （原始内容于2013-04-26）.
...當然，為了更大程度的記憶體分享，使用者可以實作更複雜的資料結構，並同時保持介面只由被擁有和被管理的參照所組成。如此便解決了競爭存取和懸空指標的問題。
- ^ Language FAQ. 2015-05-17 [2015-05-17]. （原始内容于2015-05-15）.
- ^ Klabnik, Steve; Nichols, Carol. Chapter 4: Understanding Ownership. The Rust Programming Language. San Francisco, California: No Starch Press. June 2018: 44 [2019-05-14]. ISBN 978-1-593-27828-1. （原始内容于2019-05-03） （英语）.
- ^ The Rust Programming Language: What is Ownership. Rust-lang.org. [2019-05-14]. （原始内容于2019-05-19） （英语）.
- ^ Walton, Patrick. Rust Features I: Type Inference. 2010-10-01 [2011-01-21]. （原始内容于2011-07-08）.
- ^ Peter Bright. Samsung teams up with Mozilla to build browser engine for multicore machines. 2013-04-03 [2013-04-04]. （原始内容于2016-12-16）.
- ^ The Rust Core Team. Announcing Rust 1.0. May 15, 2015 [2015-12-11]. （原始内容于2015-05-15）.
- ^ Goodbye, docs team. [2022-10-10]. （原始内容于2022-12-01） （英语）.
- ^ Rust Foundation. foundation.rust-lang.org. 2021-02-08 [2021-02-09]. （原始内容于2021-02-09） （英语）.
- ^ Mozilla Welcomes the Rust Foundation. Mozilla Blog. 2021-02-09 [2021-02-09]. （原始内容于2021-02-08） （美国英语）.
- ^ Linus Torvalds: Rust will go into Linux 6.1. ZDNET. [2022-10-06]. （原始内容于2023-01-19） （英语）.
- ^ . doc.rust-lang.org. [2022-02-01]. （原始内容存档于2022-04-07）.
- ^ . doc.rust-lang.org. [2022-02-01]. （原始内容存档于2022-04-07）.
参閱
外部链接