去年就學習過一段時間的Rust，除了略微“詭異”的所有權規則，整個語言的工具鏈體驗還是很好的，起碼Cargo真的很舒服。
聊聊Rust
Rust is technology from the past came to save the future from itself.
——Graydon Hoare
Rust 和 C++ 是同一系列的，經常被拿來一同比較的 Go 其實對標不是 C++，而是 Python 與 Java。我對 Rust 的看法就是沒有歷史包袱，現代化的 C++，由於 go 設計有 gc （垃圾回收），因此 go 可以說是一個更接地氣的 Python 或者 Java。
Rust 的歷史可以追溯到 2006 年，由 Graydon Hoare 開發，目前主要由 Mozilla 主導。第一個穩定版本 1.0 是在2015年發佈的。據說，1.0 之前的那些版本，各種特性很容易在下一個版本就得不到兼容，1.0 之後才改變了這種輕易翻盤的情況，各種特性開始開始穩定下來。
Mozilla 主導 Rust 主要寄希望能解決 C++ 的內存安全問題，因爲火狐瀏覽器的引擎 gecko 就是用 C++ 編寫的。C++ 年代久遠，對併發的支持也沒有提供更好抽象，非常容易誤用，這也是 Rust 試圖解決的問題之一。
Rust 借鑑了很多語言，比如Cyclone（一種安全的C語言方言）的基於區域的內存管理模型；C++ 的RAII 原理；Haskell 的類型系統、錯誤處理類型、typeclasses等等。Rust 有非常小的 runtime，不需要垃圾回收，默認情況下是在棧上進行分類內存，而不是堆上。Rust 的編譯器 rustc，一開始使用 Ocaml （一種函數式語言）編寫，後來在2011年 Rust 實現了自舉。
安裝、更新和卸載
在Mac和Linux上安裝相對而言會簡單很多，只需要在終端輸入以下命令：
curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh
會自動配置好環境變量，重啓一下終端，或者輸入：
source $HOME/.cargo/env
更新的命令：
rustup update
卸載：
rustup self uninstall
檢驗是否成功安裝：
rustc --version
Hello World
爲了體現出 Rust 的特性，寫一個稍微富含 Rust 風格的 Hello World。
// great.rs
use std::env;
fn main() {
let name = env::args().skip(1).next();
match name {
Some(n) => println!("Hello, {}", n),
None => panic!("Did not receive any name?"),
}
}
現在使用 rustc 編譯項目，並運行一下：
➜ rust_projects rustc greet.rs
➜ rust_projects ./greet Guyu2019
Hello, Guyu2019
➜ rust_projects ./greet
thread 'main' panicked at 'Did not receive any name?', greet.rs:8:13
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace.
第二行，從 std Crate（庫被稱爲 Crate） 中引入了 env 模塊。第 4 行就是大家熟悉的 main 程序入口。
第一個命令行參數（下標爲0），是程序本身的名字。第2個參數（下標爲1）纔是第一個輸入參數。skip(1) 的意思就是跳過一個元素，它返回一個迭代器。由於迭代器是懶加載的邏輯，沒有進行預計算，所以需要顯式使用 next() 去獲取元素。
next() 返回的也不是單純的字符串，而是一個 Option 類型。Option 類型避免使用 null，用 None 來表示沒有值。
第六行的 match 類似我們熟悉的 if ，也比較像 switch。如果返回 next() 返回了值，則調用 println!()。如果沒有值，則到 None 的 panic!。最後的 ! 表明這是一個宏（macro），而不是我們通常理解的函數。
println! 宏接受一個字符串，還可以帶有佔位的 {} 語法。我們通常稱這種字符串爲格式化字符串（fotmat strings）。如果只是替換成原始的內置簡單類型，可以使用 {}，其它的類型通常會使用 {:?}。
{} 的行爲主要來自 Display trait，{:?} 則來自於 Debug trait。顧名思義，{} 最主要的功能是顯示，{:?} 則多了調試的含義。對於內置的簡單類型，Debug 顯得就不那麼重要了。如果是自己定義的類型，或者比較複雜的類型，可以使用 #[derive(Debug)] 去定義調試的行爲，當然這是後話。
內置的原始類型
Rust 內建的原始類型有這些：
bool：布爾值，true和false；char：單個字符- 整數類型：有一點特殊，Rust 可以支持 128 bit 的整數。
| 長度 | 有符號 | 無符號 |
|---|---|---|
| 8-bit | i8 |
u8 |
| 16-bit | i16 |
u16 |
| 32-bit | i32 |
u32 |
| 64-bit | i64 |
u64 |
| 128-bit | i128 |
u128 |
| arch | isize |
usize |
其中，isize和usize依賴運行程序的計算機架構：64位的機器上是64位（等價與i64），32位上是32位（等價於i32），一般可以用來表示指針。如果拿不定主意，默認的i32就很好，通常是最快的。
f32：基於IEEE 754標準的32位的浮點數類型；f64：64位浮點數類型；[T; N]：固定長度的數組；[T]：可變尺寸的T類型數組（類似 C++ 的vector）；str：字符串切片，主要用於引用，比如&str。(T, U, ..)：無窮序列，T和U可以是不同的類型；f(i32) -> i32：函數類型。函數在 Rust 中也是一等公民，函數可以像變量一樣使用。這裏僅僅只是舉例，f(i32) -> i32表示這個函數接受一個i32類型的值，然後函數返回i32，函數類型根據函數參數和返回值發生變化。
定義變量
Rust中使用 let 進行定義變量。和C或者C++不同，變量默認是不可變的。這個主要是爲了併發和所有權上進行考慮的。你可以理解成 let 就是 C++ 裏的 const。如果要聲明可變的變量，應該在變量名前面加上mut。
// variables.rs
fn main() {
let target = "world";
let mut greeting = "Hello";
println!("{}, {}", greeting, target);
greeting = "How are you doing";
target = "mate";
println!("{}, {}", greeting, target);
}
編譯運行這段代碼，會發現報錯了。編譯器告訴你，target 不能改，要改請加上 mut。嗯，非常友好。
函數與閉包
函數類型沒什麼大的意外。不過這裏提一句，編寫函數儘量編寫純函數，有的語言管純函數叫函數，其它的叫方法。**純函數的意思簡單來講就是不修改全局變量，函數內部需要的外部資源從參數中獲取，然後不要直接修改外部資源，而是返回給外部。**這樣的函數有明顯的高內聚，低耦合的特點，比較容易進行調試和並行。
// functions.rs
fn add(a: u64, b: u64) -> u64 {
a + b
}
fn main() {
let a: u64 = 17;
let b = 3;
let result = add(a, b);
println!("Result {}", result);
}
// Result 20
沒有什麼意外，和 C++ 有點差別的是，最後會自動返回最後 a + b 的結果，不需要加上 return。而且，Rust 的函數借鑑於函數式編程，就算沒有返回值，也會默認返回 () 類型，可以把它當作 void。
// function_mut.rs
fn increate_by(mut val: u32, how_much: u32) {
val += how_much;
println!("You made {} points", val);
}
fn main() {
let score = 2048;
increate_by(score, 30);
println!("{}", score);
}
// You made 2078 points
// 2048
閉包相比與函數擁有環境的信息，它可以沒有名字，所以有時候也被叫做匿名函數。最簡單的閉包形式是這樣的：
let my_closure = || ();
這樣就定義了一個沒有參數，然後什麼也沒幹的函數。可以使用 my_closure() 去調用，這點上和函數沒什麼差別。
// closures.rs
fn main() {
let doubler = |x| x * 2;
let value = 5;
let twice = doubler(value);
println!("{} doubled is {}", value, twice);
let big_closure = |b, c| {
let z = b + c;
z * twice
};
let some_number = big_closure(1, 2);
println!("Rusult from closure: {}", some_number);
}
// 5 doubled is 10
// Rusult from closure: 30
閉包有很多用法，最典型就是作爲高階函數的參數。高階函數就是以另一個函數或閉包作爲參數的函數。比如，標準庫的 spawn 接受一個閉包，這個閉包要在另外一個線程裏運行；還有比如作爲 filter 的篩選函數。
字符串
字符串非常常用，通常在 Rust 中用 &str 或者 String。
// strings.rs
fn main() {
let question = "How are you?"; // a &str type
let person: String = "Bob".to_string();
let namaste = String::from("🙏");
println!("{}: {} {}", namaste, question, person);
}
// 🙏：How are you? Bob
條件分支與match表達式
if {} else {} 結構和類C語言一樣。不過，在 Rust 中，if 是表達式而不是語句。一般而言，表達式會返回值，而語句不會。因此，if 可能會返回空的 () 單元值，也可能會返回實際的值。
// if_assign.rs
fn main() {
let result = if 1 == 2 {
"Wait, what ?"
} else {
"Rust makes sense"
};
println!("You know what ? {}.", result);
}
// You know what ? Rust makes sense.
如果把 else 分支去掉，則編譯器會報錯：
沒有 else 分支，如果 if 條件爲 false，那麼就會返回 ()；但是如果 if 爲 true，就返回 &str。Rust 不允許一個變量存儲多個類型。所以，if 和 else 都要返回相同的類型。
如果在字符串後面加上分號 ;，則字符串會被當作語句，然後返回 ()。注意要把 {}換成{:?}。
// if_else_no_value.rs
fn main() {
let result = if 1 == 2 {
"Wait, what ?";
} else {
"Rust makes sense";
};
println!("You know what ? {:?}.", result);
}
// You know what ? ().
match 很類似 C 語言中的 switch 語句，也不難理解。
// match_expression.rs
fn req_status() -> u32 {
404
}
fn main() {
let status = req_status();
match status {
404 => println!("Not Found"),
200 => println!("Success"),
other => {
println!("Request failed with code: {}", other);
}
}
}
// Not Found
循環
Rust 有三種結構的循環：loop、while 和 for，同樣也使用 continue 和 break 去控制循環流程。
loop 等價於 C++ 的 while (true) 無限循環：
// loops.rs
fn main() {
let mut x = 1024;
loop {
if x < 0 {
break;
}
println!("{} more runs to go", x);
x -= 1;
}
}
// ...
// 2 more runs to go
// 1 more runs to go
// 0 more runs to go
在嵌套循環的場景下，可以用標籤指定要打破到哪一層次：
// loop_labels.rs
fn silly_sub(a: i32, b: i32) -> i32 {
let mut result = 0;
'increment: loop {
if result == a {
let mut dec = b;
'decrement: loop {
if dec == 0 {
break 'increment;
} else {
result -= 1;
dec -= 1;
}
}
} else {
result += 1;
}
}
result
}
fn main() {
let a = 10;
let b = 4;
let result = silly_sub(a, b);
println!("{} minus {} is {}", a, b, result);
}
// 10 minus 4 is 6
while 循環就沒什麼意外了：
// while.rs
fn main() {
let mut x = 1000;
while x > 0 {
println!("{} more runs to go", x);
x -= 1;
}
}
// ...
// 3 more runs to go
// 2 more runs to go
// 1 more runs to go
Rust 也提供了 for 循環，是一個語法糖，它涉及一個迭代器的概念，很類似其它語言裏的 for-loop 循環。
// for_loops.rs
fn main() {
print!("Normal ranges: ");
for i in 0..10 {
print!("{},", i);
}
println!(); // a new line
print!("Inclusive ranges: ");
for i in 0..=10 {
print!("{}, ", i);
}
}
// Normal ranges: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,
// Inclusive ranges: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,
注意一下，0..10 是不包括10的，而0..=10 則包括了10。
用戶自定義類型
struct
最簡單的用法，單元struct（unit struct）：
// unit_struct.rs
struct Dummy;
fn main() {
let value = Dummy;
}
// Red value: 255
// Green value: 255
// Blue value: 255
//
// R: 255, G: 165, B:0(orange)
在這裏，Dummy 是一個0大小的值，運行的時候不佔內存。
另外一種 struct，叫元組struct（tuple struct），它會綁定值。比如可以定義一個 struct 來表示 RGB：
// tuple_struct.rs
struct Color(u8, u8, u8);
fn main() {
let white = Color(255, 255, 255);
// You can pull them out by index
let red = white.0;
let green = white.1;
let blue = white.2;
println!("Red value: {}", red);
println!("Green value: {}", green);
println!("Blue value: {}\n", blue);
let orange = Color(255, 165, 0);
// You can also destructure the fields directly
let Color(r, g, b) = orange;
println!("R: {}, G: {}, B:{}(orange)", r, g, b);
// Can also ignore fields while destructuring
let Color(r, _, b) = orange;
}
Rust 也支持 C 語言那種結構體：
// structs.rs
struct Player {
name: String,
iq: u8,
friends: u8,
score: u16
}
fn bump_player_score(mut player: Player, score: u16) {
player.score += score;
println!("Updated player stats:");
println!("Name: {}", player.name);
println!("IQ: {}", player.iq);
println!("friends: {}", player.friends);
println!("Score: {}", player.score);
}
fn main() {
let name = "Alice".to_string();
let player = Player {
name,
iq: 171,
friends: 134,
score: 1129
};
bump_player_score(player, 120);
}
// Updated player stats:
// Name: Alice
// IQ: 171
// friends: 134
// Score: 1249
enum
// enums.rs
#[derive(Debug)]
enum Direction {
N,
E,
S,
W
}
enum PlayerAction {
Move {
direction: Direction,
speed: u8
},
Wait,
Attack(Direction)
}
fn main() {
let simulated_player_action = PlayerAction::Move {
direction: Direction::N,
speed: 2,
};
match simulated_player_action {
PlayerAction::Wait => println!("Player wants to wait"),
PlayerAction::Move { direction, speed } => {
println!("Player wants to move in direction {:?} with speed {}", direction, speed)
},
PlayerAction::Attack(direction) => {
println!("Player wants to attack direction {:?}", direction)
}
}
}
#[derive(Debug)] 這個是必要的，這樣纔會允許使用 {:?} 打印實例。前面已經提到過了，{:?} 對應 Debug 的 trait。
如果沒有加 #[derive(Debug)]，則會報錯。
impl
模塊、import、use
Rust 用 module 來組織代碼。module 是一個複雜的主題，這裏先簡要記錄一下：
- 每一個 Rust 程序都需要一個根模塊；一般就是 main.rs，如果是庫的話，一般是 lib.rs。
- 模塊可以其它模塊中聲明，也可以組織爲文件和目錄；
- 爲了讓編譯器知道我們的自己模塊，就要用
mod定義它； - 要使用模塊內的任何內容，都需要使用
use，以及模塊名稱； - 模塊中的定義默認是私有的，需要使用
pub關鍵字公開給使用者；
集合
Arrays
// arrays.rs
fn main() {
let number: [u8; 10] = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10];
let floats = [0.1f64, 0.2, 0.3];
println!("Number: {}", number[4]);
println!("Float: {}", floats[2]);
}
// Number: 5
// Float: 0.3
0.1f64 通過後綴指定了數組的類型，這也是一種方式。
Tuples
元組（Tuples）和數組的不同點在於它的元素類型可以是不一樣的。它也經常被函數用來返回多個值。
// tuples.rs
fn main() {
let num_and_str: (u8, &str) = (40, "Have a good day!");
println!("{:?}", num_and_str);
let (num, string) = num_and_str;
println!("From tuple: Number: {}, String: {}", num, string);
}
// (40, "Have a good day!")
// From tuple: Number: 40, String: Have a good day!
Vectors
向量很像數組，不過它的長度不需要預先知道，可以按需增長。可以通過 Vec::new 構造函數或者 vec![] 宏來創建向量。
// vec.rs
fn main() {
let mut numbers_vec: Vec<u8> = Vec::new();
numbers_vec.push(1);
numbers_vec.push(2);
let mut vec_with_macro = vec![1];
vec_with_macro.push(2);
// value ignored with '_'
let _ = vec_with_macro.pop();
let message = if numbers_vec == vec_with_macro {
"They are equal"
} else {
"Nah! They look different to me"
};
println!("{} {:?}{:?}", message, numbers_vec, vec_with_macro);
}
// Nah! They look different to me [1, 2][1]
Hashmaps
Rust 也提供了映射，可以用來存儲鍵-值數據。Hashmap 在 std::collections 模塊中被引入，可以用 HashMap::new 構造函數來創建。
// hashmaps.rs
use std::collections::HashMap;
fn main() {
let mut fruits = HashMap::new();
fruits.insert("apple", 3);
fruits.insert("mango", 6);
fruits.insert("orange", 2);
fruits.insert("avocado", 7);
for (k, v) in &fruits {
println!("I got {} {}", v, k);
}
fruits.remove("orange");
let old_avocado = fruits["avocado"];
fruits.insert("avocado", old_avocado + 5);
println!("\nI now have {} avocados", fruits["avocado"]);
}
// I got 6 mango
// I got 7 avocado
// I got 2 orange
// I got 3 apple
//
// I now have 12 avocados
在上面的例子中，先創建了一個新的 Hashmap，然後插入元素。之後在用類似 for-loop的語法進行迭代器迭代。由於這裏只是讀取 fruits，不作更改，因此使用 &fruits。Hash 算法對 HashMap 類型的鍵進行散列處理，基於的是 Robin 開放尋址方案，但是可以自己根據用例進行自定義。
Slices
切片（slice）是一種從集合中獲取視圖的一種通用方式，使用 &[T]表示。。大多數情況下用於讀取操作。切片基本指向一個連續範圍的指針或者引用。切片是指向堆棧或堆中某個地方的數據的胖（fat）指針。通過胖指針，可以獲取指向了多少個數據，以及指向數據的指針。
// slices.rs
fn main() {
let mut numbers: [u8; 4] = [1, 2, 3, 4];
{
let all: &[u8] = &numbers[..];
println!("All of them: {:?}", all);
}
{
let first_two: &mut [u8] = &mut numbers[0..2];
first_two[0] = 100;
first_two[1] = 99;
}
println!("Look ma! I can modify through slices: {:?}", numbers);
}
// All of them: [1, 2, 3, 4]
// Look ma! I can modify through slices: [100, 99, 3, 4]
迭代器
在 Rust 中，迭代器可以是任意類型的，只要實現了 Iterator Trait。大多數類型都可以通過調用 iter() 或者 into_iter() 轉換成迭代器。
總結
上面這些已經覆蓋了基礎的概念，有很多概念還需要更深入地瞭解，比如迭代器、impl、標準庫之類的。這些是後話啦～