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Rust学习笔记(1)

Ramen 收录于 学习笔记
   约 4276 字   预计阅读 9 分钟 

Rust是开源大佬Mozilla在2014年发布的一款面向系统级应用和底层应用开发的程序设计语言。在这之前，Google在2009年发布了Go语言，并且取得了不小的成功，比如Docker，这款极为强大且好用的容器引擎是使用Go构建的。不过Rust在发布的三年后也已经收获了一批拥趸，第一个面向很多用户的项目，Firefox Quantum版本中的CSS引擎（是用Rust写的）也即将发布了。我已经看过不少PL大师和一些搞编译器部分的大佬在狂吹Rust，Rust的社区也日渐壮大。

作为目标都是干掉C/C++，面向底层应用开发的程序语言，Go和Rust其实无形中有一种竞争关系（BTW，浏览器上，Google也一直在和Mozilla竞争）。7月的时候我也看了一下Go，看的很少，被语法恶心到了一下，可能是因为看得比较少的原因，之后应该会再看一下；但是从我前天晚上点开Rust开始，我却像上瘾一样被这门语言深深的吸引了，它的内部一些设计让我看到了Rust的优越性：

  • 面向底层开发，高效的C绑定与极小运行时
  • 零开销抽象，独特却先进的内存管理模型
  • 线程无数据竞争，数据的所有权控制
  • 极其前沿的语言特性，对FP的出色支持

等等等等。在看了这么一段时间之后，我已经深深地爱上了它，并且将把这门语言作为我C++的后备和全新的主力。

说了这么多，写点简单的东西作为笔记吧。

一、安装与配置

安装与配置十分简单。这里就要吹一波，Rust的工具链十分好用，你不需要任何IDE，一个文本编辑器就够了。

我的配置环境很简单：

  • Elementary OS 0.4.1 based on Ubuntu 16.04.1
  • VS Code Latest Stable

那安装步骤实际上可以说是傻瓜式了：

  1. 在终端中运行：

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    curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

    就行了。Rust的安装程序会把你需要的自动配置好。之后你重启一下shell就行。

  2. 验证安装：运行一下rustc --version和cargo --version。这两步如果都返回一个带版本号的提示信息就代表配置完成了。如果没有，找到你的安装路径，一般是~/.cargo/bin，加进环境变量即可。

安装之后，来到VS Code，有官方的插件和一个用户写的。我用的是那个用户写的，安装然后Reload就行。可以用ext install vscode-rust。

这个插件的工作方式有两种：

  • Legacy：这个模式下是插件配合，Stable Channel下可以正常工作，但是作者说这个模式做的虽然好，但是RLS模式更好，可能会废弃，所以现在可以用，也比较省心，但是未来要记得更换。
  • RLS（Rust Language Server）：Rust官方写了Language Server，也就是有了IDE级别的辅助开发能力，我更推荐这个模式。不过现在RLS还是预览版，如果要使用需要自行切换工具链。

我用了RLS模式。具体安装流程如下：

  1. 从nightly channel安装

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    rustup install nightly

  2. 安装依赖&Racer

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    rustup component add rls-preview --toolchain  nightly
rustup component add rust-analysis  --toolchain nightly
rustup component add rust-src --toolchain  nightly
cargo install racer

  3. VS Code配置

    打开用户配置文件，添加：

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    "rust.mode": "rls",
    "rust.rls": {
        "useRustfmt": true
}

这就配置好了。其他编辑器请自己找配置教程。

还要注意，这里配置之后，默认的工具链还是在stable下，我们可以这么切换工具链：rustup default nightly。这样整个工具链会整体切换到nightly下面，包括cargo。如果你需要换回stable，只需要rustup default stable即可。另外，更新的时候使用rustup self update和rustup update，所有版本都会获得更新。

注意，nightly顾名思义，每夜版，是最前沿的开发版，可能会出现rls-preview更新跟不上等等问题，假如遇到了，可以考虑切换到beta channel，具体方式同上。如果发现VS Code无法使用beta channel下面的rls分析的话，把配置文件中"rust.rustup":{"nightlyToolChain"}后面的字段改成beta就行。

简单一提几个命令：

  • 编译一个.rs文件：rustc hello.rs
  • 新建一个库项目：cargo new helloworld
  • 新建一个应用程序项目：cargo new helloworld --bin
  • cargo编译：cargo build
  • cargo编译并运行：cargo run
  • cargo编译发行版：cargo build --release
  • cargo生成文档：cargo doc
  • cargo测试：cargo test

差不多就这些了，更多的请自己查文档。

二、简单语法

Rust的语法很容易理解，不过也有和传统语言不同的地方。

首先是程序主体，main()函数仍然是程序入口：

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fn main(){
    // Your code here...
}

当然，这个是程序项目，库项目不需要这个东西。

变量的声明需要讲讲：

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let x = 15; // 最基本的变量声明，变量不可改，类型自动推导：x -> i32
let mut y = 16; // y是一个可变变量，类型也被自动推导：y -> i32
let z: f32 = 1.234; // z是不可变的f32变量，冒号后面是类型注解，这样相当于告诉编译器z是f32类型
const MAX_SIZE: i32 = 155; // 常量，声明时必须有类型注解，绝对不允许修改

简单吧？要注意的是，Rust用的是Hindley-Milner类型系统，这是一个十分现代的类型系统，如果用过Haskell的话会对这种类型系统十分熟悉。

Hindley-Milner类型系统：

简单来说，HM类型系统可以对你的变量类型进行自动推导，这样你就不用在每一次指定你的变量类型；同时，由于它强大的类型推导能力，当你进行函数应用的时候，会自动推导出你的程序每一步的函数调用、返回赋值等等类型是否一致，能在静态检查时扼杀大部分的调用错误。

这里要强调一下mut关键字。Rust的变量是FP+IP的混合系统，在FP系统中，变量统一是不可变的，这很好理解，因为在函数式下变量和函数应用过程没有任何关系（参照我曾经写过的这篇文章），所以变量自然是不可变的。但是在我们的应用过程中很自然的需要一些可变变量，则我们使用mut来声明变量就可以让它变得可变。

类型注解功能只是显式指出类型是什么，如果注解和编译器推导的有问题仍然编译不过。

变量声明还有其他内容需要讲，这一部分将在数据类型中有涉及。

数据类型之后讲，这一部分和很多内容有关。

流程控制下，Rust综合了很多语言的流程控制顺序。具体来说，有以下三种：

  • loop循环

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    loop {
    // 这个循环是确定的无限循环，你只能使用break退出
  break;
}

  • while循环

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    while count != 0 {
    count -= 1; // Rust没有--与++
} // 这就是我们熟悉的while循环

  • for循环

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    for i in v.iter() {
    // do something with i
}

for循环没看懂？有Python基础的程序员应该能立即看懂，但是只有Java或者C/C++背景的程序员可能有点难理解。简而言之，只要in后面的对象是可迭代的，都能使用for循环去遍历，可以看看Python或者Rust标准库文档里面的示例深入理解一下。

continue和break这两个关键字仍然可用。

我们考虑如下一段C++代码：

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if (a == 15)
{
    return 16;
}
else if (a == 16)
{
    return 17;
}
else
{
    return 0;
}

根据a的不同值，我们得到不同的答案。当然，我们也可以使用switch。在Rust中，我们将见到更加强力的一种语法：模式匹配。

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match a {
    15 => 16,
    16 => 17,
    _ => 0,
};

模式匹配的启动由一个match运算符引起，之后是一个表达式，可以是布尔表达式如if a == 25，或者就是单纯的一个变量，如a。大括号内部是匹配主体，由多个分支（arm）构成。

表达式与语句：

  • 语句（Statements）：执行一些操作但不返回值的指令
  • 表达式（Expressions）：计算并产生一个值

分支遵循如下格式：

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pattren => if_matched,

前面是匹配成功的模式，后面是匹配成功后执行的表达式。比如，上面的15 => 16意思就是：

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if a == 15 {
    16 // 这一行涉及到语句块的返回，会在之后的函数部分讲到。
}

这个匹配成功的表达式（即if_matched）可以使用大括号括起来的一组表达式或者语句构成。

_的意思是通配，也就是所有内容都可以匹配上。那既然都可以匹配上，怎么保证15不会匹配到_上面呢？很简单，match带来的模式匹配由上到下，也就是越靠前的优先级越高，我们匹配时从上往下匹配，直到匹配上为止。同时，Rust也会要求你必须穷尽匹配，比如上面的代码如果这么修改：

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match a {
    15 => 16,
    16 => 17,
};

编译器会报错，因为匹配到除了15和16以外的值是没有对应分支的，这样这个匹配是无法穷尽的。所以，一个match运算符中的模式匹配必须穷举所有可能的模式。到这你应该能体会到_的用处了。

match所能带给我们的方便和优越性都是来自HM类型系统的功劳。或许，现在你还不能看出它的强大之处，等我们之后讲解了Rust的枚举之后你再品味，就能体会到它的强大了。

简单语法的最后，提一下怎么向控制台打印：

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println!("这一条会打印新的一行"); // 字符串可以是UTF-8的合法字符
print!("这一条会打印，但不会换行～")
println!("后面这个东西{}" ,"会被参数内容替代～"); // {}是模板字符串的语法，这里默认是参数打印的占位符
let x = 5;
print!("下面这个是Debug打印的占位符：{:?}", x); // {:?}在Debug的时候打印变量信息很好用，更多细节之后讲

打印的时候出现了三个新的点：宏与函数，模板字符串和Debug模式。第一个第三个都之后讲，这里重点讲模板字符串。

模板字符串是在JavaScript和Python通用的一种字符串格式化的语法。考虑如下C++代码：

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printf("%d %s\n", num, str);

这样读起来其实很难受，因为每一个标识符代表的意义不同，无论是人类去读或者编译器去parse都不容易。模板字符串则足够简单：

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let x = 15;
let y = "你好呀～";
println!("数字x内容是：{}，字符串y内容是：{}", x, y);

我们只需要处理{}即可。当然，所有的参数都在这里面，比如我们可以指定顺序：

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println!("字符串y内容是：{1}，数字x的内容是：{0}", x, y);

至于模板字符串的格式化参数，请查阅库文档。

下集预告

讲的好少啊…….

一篇能写下的东西也不多，其实就是官方的实例的精简版，哈哈。

下期会讲一下Rust设计里面我觉得最优秀的两个地方：所有权(Ownership)系统和Option。主题应该是函数与变量和数据类型了。

我的主要参考资料是Rust 程序设计语言中文第二版，感谢翻译者和作者的辛勤工作！

See you soon~

Changelog：

2017.10.30 V1.0：最初版

2017.10.30 V1.1：添加必要链接，修正部分描述和结构，有关RLS部分修正

更新于 2024-04-22
 Rust, 程序语言, 技术
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