Rust編程語言

歡迎閱讀！這本書將教會你使用Rust編程語言。 Rust是一個注重安全與速度的現代系統編程語言，通過在沒有垃圾回收的情況下保證內存安全來實現它的目標，這使它成為一個在很多其它語言不適合的用例中 大展身手的語言：嵌入到其它語言中，在特定的時間和空間要求下編程，和編寫底層代碼，例如設備驅動和操作系統。它通過一系列的不產生運行時開銷的編譯時安 全檢查來提升目前語言所關注的這個領域，同時消除一切數據競爭。Rust同時也意在實現“零開銷抽象”，即便在這些抽象看起來比較像一個高級語言的特性。 即便如此，Rust也允許你像一個底層語言那樣進行精確的控制。

《Rust編程語言》被分為7個部分。這個介紹是第一部分。之后是：

• 準備 - 為你的電腦安裝Rust開發環境
• 學習Rust - 通過小項目來學習Rust編程
• 高效Rust - 編寫優秀Rust代碼的高級內容
• 語法和語義 - Rust各個部分，被拆分成小的部分講解
• Rust開發版 - 還未出現在穩定版本中的最新功能
• 詞匯表 - 書中使用的術語的參考
• 學院派研究 - 影響過Rust的文獻

在閱讀了介紹這部分之后，你可以根據喜好深入到“學習Rust”或“語法和語義”部分：如果你想通過項目深入了解，可以先選擇“學習Rust”;如果你想從頭開始，并且學習一個完整的內容再學習另一個，你可以從“語法和語義”開始。豐富的交叉連接將這些部分聯系到一起。

貢獻

生成這本書的源文件可以在GitHub上找到：github.com/rust-lang/rust/tree/master/src/doc/trpl

Rust簡介

Rust是你會感興趣的語言嗎？讓我們檢查一些小的代碼例子來展示它的部分威力。

使Rust顯得獨一無二的主要概念是“所有權”。考慮這個小例子：

fn main() { let mut x = vec!["Hello", "world"];
} 

這個程序創建了一個叫做x的變量綁定。這個綁定的值是一個Vec<T>，一個vector，我們通過一個定義在標準庫中的宏來創建它。這個宏叫做vec，并且我們通過一個!調用宏。這遵循了Rust的一般原則：讓一切明了。宏可以做比函數調用復雜的多的多的工作，并且它們在視覺上也是有區別的。!也方便了解析，更容易編寫工具，這也是很重要的。

我們使用了mut來使x可變：再Rust中綁定是默認是不可變的。在下面的例子中這個vector是可變的。

另外值得注意的是這里我們并不需要一個類型注釋：因為Rust是靜態類型的，我們并不需要顯式的標明類型。Rust擁有類型推斷來平衡靜態類型的能力和類型注釋的冗余。

Rust與堆分配相比傾向于棧分配：x被直接儲存在棧上。然而，Vec<T>類型在堆上為vector的元素分配了空間。如果你并不熟悉這里的區別，目前你可以忽略它，或者看看“棧與堆”。作為一個系統編程語言，Rust給予你控制內存分配的能力，不過當我們上手后，這并不是什么大問題。

之前，我們提到“所有權”是Rust中的一個關鍵概念。在Rust用語中，x被認為“擁有”這個vector。這意味著當x離開作用域，vector的內存將被銷毀。這由Rust編譯器決定，而不是通過類似垃圾回收器這樣的機制。換句話說，在Rust中，你并不需要自己調用像malloc和free這樣的函數：編譯器靜態決定何時你需要分配和銷毀內存，并自動調用這些函數。人非圣賢孰能無過,不過編譯器永遠也不會忘記。

讓我們為例子再加一行：

fn main() { let mut x = vec!["Hello", "world"]; let y = &x[0];
} 

我們引入了另一個綁定，y。在這個例子中，y是對vector第一個元素的“引用”。Rust的引用類似于其它語言中的指針，不過帶有額外的編譯時安全檢查。引用用“借用”它指向的內容，而不是擁有它，來與所有權系統交互。這里的區別是，當一個引用離開作用域，它不會釋放之下的內存。如果它這么做了，我們會釋放兩次，這是很糟的！。

讓我們增加第三行。這看起來并不會引起錯誤，不過實際上會造成一個編譯錯誤：

fn main() { let mut x = vec!["Hello", "world"]; let y = &x[0];

    x.push("foo");
} 

push是vector的一個方法，它在vector的末尾附加另一個元素。當我們嘗試編譯這個程序時，我們得到一個錯誤：

error: cannot borrow `x` as mutable because it is also borrowed as immutable
    x.push(4);
    ^
note: previous borrow of `x` occurs here; the immutable borrow prevents
subsequent moves or mutable borrows of `x` until the borrow ends let y = &x[0];
             ^
note: previous borrow ends here
fn main() {

}
^ 

噢！Rust編譯器有時給出灰常詳細的錯誤，而這就是其中之一。正如錯誤所解釋的，當我們讓綁定可變，我們仍不能調用push。這是因為我們已經有了一個vector元素的引用，y。 當有其它引用存在時改變值是危險的，因為我們可能使這個引用無效。在這個特定的例子中，當我們創建了vector，我們可能只分配了3個元素的空間。增加 一個元素意味著將分配一個新的能放下所有4個元素的空間，拷貝舊的值，并更新內部的指針指向這個內存。所有這些都木有問題。問題是y并沒有被更新，很糟糕地，y成了一個“懸垂指針”(dangling pointer)。因此，在這個例子中任何對y的使用都會引起錯誤，而編譯器會為我們捕獲了這個錯誤。

那么我們應該如何解決這個問題呢？這里我們可以采取兩個方法。第一個方法是使用拷貝而不使用引用：

fn main() { let mut x = vec!["Hello", "world"]; let y = x[0].clone();

    x.push("foo");
} 

Rust默認擁有移動語義，所以如果我們想要拷貝一些數據，我們調用clone()方法。在這個例子中，y不再是一個儲存在x中vector的一個引用，而是它第一個元素的拷貝，"hello"。現在我們并不擁有一個引用，所以push()就能正常工作。

如果我們真心需要一個引用，我們需要另一種方法：確保在我們嘗試修改之前，讓引用離開作用域。如下：

fn main() { let mut x = vec!["Hello", "world"];

    { let y = &x[0];
    }

    x.push("foo");
} 

我們用一對大括號創建了一個內部作用域，y會在我們調用push()之前離開作用域，所以我們不會碰到問題。

所有權的概念并不僅僅善于防止懸垂指針，也解決了一整個系列的相關問題，比如迭代器無效，并發和其它問題。