Rust 在过去五年里稳居全球最受欢迎和喜爱的编程语言前十五名，这离不开它所提供的卓越开发体验以及灵活的应用场景。它拥有强大的功能、清晰透明的文档支持，还有一个活跃且友好的开发者社区。
Rust 的核心优势在于安全性、性能和并发能力。它允许程序员以低级语言的控制力去构建应用，同时又能享受高级语言的强大抽象能力。总的来说，Rust 能做的事情非常广泛，每一位开发者都应该至少尝试一次。
Rust 有哪些核心特性？
我们来看看是什么让 Rust 在各种使用场景中如此高效与实用。
内存安全机制
Rust 的设计初衷之一就是在不依赖垃圾回收机制的前提下确保内存安全。这是通过数据所有权模型、强类型系统和严格的编译时检查来实现的。
在 Rust 中，每一块数据都有唯一的“所有者”，当所有权发生转移（称为“移动”）后，原来的拥有者就无法再访问该数据。这种机制有效防止了重复释放操作，消除了因双重删除导致的 bug。
比如常见的空指针解引用问题，在 Rust 中被 Option 类型所解决。它强制开发者明确处理值可能缺失的情况。
此外，Rust 的借用和所有权机制还能防止数据竞争和缓冲区溢出等隐患。如果某段代码存在潜在风险，Rust 编译器会直接拒绝编译，除非你把它包裹在 unsafe 块中，并清楚地告诉编译器你要承担后果。
并发模型
Rust 的并发机制建立在保障内存安全的基础之上——同样是依靠所有权和借用模型来实现线程安全。
Rust 提供多种并发原语，例如 Arc（原子引用计数）用于共享状态，Mutex 或 RwLock 用于对可变资源的访问控制，还有通道（channel）作为线程间通信的手段。
从 Rust 1.39.0 版本开始引入的 async/await 语法，使得异步编程可以像同步代码一样简洁明了，大大降低了复杂并发场景的编写难度。
性能表现
Rust 的“零成本抽象”意味着你可以使用高层次的结构而不必担心运行时开销。你可以在享受抽象便利的同时，获得与 C/C++ 相媲美的性能。
作为一种系统级语言，Rust 对底层硬件资源有极高的掌控能力，这使它在许多基准测试中都能达到接近 C/C++ 的效率，同时还具备更强的安全保障。
得益于 Rust 的显式性和无运行时机制，它可以进行诸如内联优化、循环展开等积极的编译优化。
上面提到的这些特性并非 Rust 独创，它的强大之处在于将它们有效地融合在一起。很多 Rust 的特性灵感来源于其他语言或模型：
- 基础架构：
- 抽象机器模型借鉴自 C；
- 内存模型和管理则融合了 C++、ML Kit 和 Cyclone 的思想。
- 数据结构与类型：
- 数据类型体系继承自 C、SML、OCaml、Lisp 和 Limbo；
- 可选绑定（Optional bindings）这一特性受 Swift 启发。
- 编程范式：
- 函数式编程元素来自 Haskell、OCaml 和 F#；
- 卫生宏（Hygienic Macros）则是从 Scheme 中借鉴而来。
- 高级特性：
- 包管理和模块化：
- Crate 系统类似于 ECMA-335 CLI 模型中的 Assembly。
- 并发与通信：
- 通道和并发机制受到 Newsqueak、Alef 和 Limbo 的影响；
- 消息传递与线程失败处理原则则借鉴了 Erlang 的理念。
为什么选择 Rust 开发？
Rust 融合了多种编程风格：过程式、基于 Actor 的并发、面向对象、纯函数式等。它也支持静态和动态形式的泛型与元编程。下面我们来看一看 Rust 的主要优势。
部署简单
Rust 强大的安全和完整性工具如果没有便捷的部署方式也难以发挥作用。幸运的是，Rust 社区和开发者让这门语言变得非常易于上手。生成二进制文件所需的包是统一的，只有当你需要编译外部组件（如 C 库源码）时才需要用到 GCC 这样的外部编译器。
强类型系统
在 Rust 中，任何包含可检测错误的代码都无法通过编译。这让开发者可以把注意力集中在程序的核心逻辑上，而不是反复调试修复错误。
跨平台能力
虽然 Rust 支持大多数现代平台，但它的目标并不是“无所不在”，而是专注于主流操作系统。目前它在 Linux、Windows 和 macOS 上运行良好。如果你需要为其他平台交叉编译，Rust 也提供了相对简便的方式。
强大功能集
Rust 拥有一套可媲美 C++ 的本地功能：宏、泛型、模式匹配，以及通过“trait”实现的组合机制。
完善的标准库
Rust 的一大目标就是成为 C 和 C++ 的替代方案。因此它提供了一个功能丰富的标准库，包括容器、集合、迭代器、字符串操作、进程与线程管理等。为了保证跨平台兼容性，标准库只包含通用功能，特定平台的功能则由第三方库提供。而且 Rust 也可以在没有标准库的情况下运行，这对嵌入式开发尤其有用。
第三方库丰富
一门语言的灵活性往往取决于其生态系统的成熟度。Rust 的官方库仓库 crates.io 上已有超过六万个“crate”。其中很多是对流行库或框架的 API 绑定。不过目前还没有一个按质量排名的完整体系，所以你需要依赖个人经验或社区推荐来判断。
想了解更多关于流行的 crate，请参考我们之前的文章。
IDE 支持完善
Rust 团队开发了 rust-analyzer 工具，用来为 IDE 提供实时编译反馈，比如 Microsoft Visual Studio Code 就已集成该功能。
开源开放
作为一个开源语言，Rust 得益于全球众多开发者的持续贡献，不断优化其性能。对于新手来说也很友好，尤其是它始终保持详尽且透明的文档更新。
Rust 的开发生态系统
Rust 的另一个显著优势是其庞大的工具链、框架和库生态系统。
Cargo
Cargo 是 Rust 的官方包管理器和编译工具。它负责项目构建、依赖管理以及测试执行。官方的 Rust 包注册中心是 crates.io，由社区维护并与 Cargo 集成。
Rustup
这是一个用于管理多个 Rust 版本的工具，支持在不同工具链之间切换并随时更新。
开发环境
如今许多 IDE 和编辑器都支持 Rust 插件，包括 Visual Studio Code、Atom 和 IntelliJ IDEA。
库与框架
Rust 的生态正在快速扩展，涵盖 Web 开发、游戏开发、机器学习等多个领域。一些广受欢迎的库和框架包括 Rocket、Tokio、Serde 和 Actix。
Rust-analyzer
一款高效可靠的语言服务器，提供代码分析、自动补全等功能，适用于多种编辑器和 IDE。
Rustfmt
专门用于格式化 Rust 代码的工具，确保代码风格统一。
文档与学习资源
Rust 提供了大量高质量的文档资源。以下是一些值得参考的学习资料：
- 《Rust 中文指南》：深入讲解 Rust 及其核心概念；
- Rust Playground：带有注释的代码示例集合；
- Rust 官方文档：无论你是刚入门的新手还是遇到具体项目难题，都是获取信息的好地方。
Rust 开发面临的挑战
尽管 Rust 拥有诸多优势，但在实际开发过程中也面临一些挑战。
学习曲线较陡
Rust 的所有权和生命周期机制虽然带来了内存安全，但对于刚接触的开发者来说，理解这些概念需要一定时间。特别是习惯了垃圾回收机制的语言（如 Java 或 Python）的开发者，可能会觉得这套系统有些复杂。
编译速度偏慢
相比一些脚本语言或即时编译语言，Rust 的编译速度相对较慢。尤其是在大型项目中，频繁编译可能会影响开发效率。不过随着增量编译等技术的引入，这一问题正在逐步缓解。
生态仍在成长
虽然 Rust 的 crate 数量已经相当可观，但某些领域的库还不够成熟或缺乏维护。有时你需要自己实现一些功能，或者等待社区推动发展。
构建配置较为繁琐
Cargo 虽然功能强大，但在处理复杂依赖关系时，配置文件可能会变得冗长。对于新手来说，刚开始学习如何组织项目结构和依赖关系也可能有一定门槛。
编译错误提示不够直观
尽管 Rust 的编译器提示已经比很多语言更清晰，但对初学者而言，某些错误信息仍然显得晦涩难懂。虽然社区一直在努力改进这一点，但仍有提升空间。
总之，Rust 是一门兼具高性能与安全性的现代语言，虽然它不是万能钥匙，但在越来越多的领域展现出巨大潜力。无论是系统编程、Web 后端、区块链开发，还是嵌入式设备，Rust 都是一个值得投入时间和精力的选择。
Rust 编程语言拥有诸多优势，比如更高的安全性、出色的性能、简洁的并发编程模型以及可靠的内存安全机制。不过，它也并非完美无缺。一些常见的使用挑战包括：
学习门槛较高
Rust 的所有权（ownership）、借用（borrowing）和生命周期（lifetimes）等概念对新手来说可能有些难懂，特别是那些从没有这些特性的语言转过来的开发者。
语法略显繁琐
有人觉得 Rust 的语法偏冗长，虽然这种“显式优于隐式”的设计有助于提高代码可读性，但在处理简单任务时也可能导致代码行数偏多。
第三方库相对有限
尽管 Rust 的生态系统正在快速发展，但与 Python、Java 或 JavaScript 这些老牌语言相比，在可用库的数量和多样性方面仍稍显不足。
编译速度较慢
另一个常被提及的问题是编译时间较长，这对大型项目来说可能会拖慢开发节奏。
成熟度仍在提升中
虽说 Rust 已经稳定运行多年，但它毕竟比不少主流语言要年轻。因此在某些特性支持和最佳实践方面，还在不断完善之中。
轻量级运行时是一把双刃剑
这也算是 Rust 的一大特点——极低的运行时开销让它非常适合系统级编程和资源受限的场景。但另一方面，这也意味着它不像某些自带丰富功能的语言那样“开箱即用”。
Rust vs. C++
让 Rust 突出于众多语言之中的，是其强大的类型系统、偏向函数式编程风格的标准库函数，以及最核心的所有权机制。
现代 C++ 拥有丰富的功能，实际上实现了许多原本属于 Rust 的特性。例如 C++20 弃用了传统的头文件/源文件分离结构，采用了现代化的模块系统；还引入了诸如 Lambda 表达式、map、fold 等函数式编程元素，甚至还有类似 Option 类型的 std::optional。
虽然这些新特性在使用上有时略显笨拙，但它们确实存在且有效。C++ 社区内部也在讨论未来版本中加入类似 Rust 的模式匹配（pattern matching）和生命周期（lifetimes）等功能。
通常认为，C++ 和 Rust 在内存管理模型上有明显区别。其实两者都依赖析构器来释放资源，关键差异在于 Rust 更智能、更严格地追踪值的生命周期，从而能够维护引用与值之间的关系。而 C++ 在创建引用后，并不会保留这种关联，更像是一个更快的拷贝操作。
C++ 的问题往往来自于必须确保只使用最新的编程范式和特性，这会增加开发复杂度和心理负担。相比之下，Rust 不允许你写出糟糕的代码。当然，在需要对接遗留代码或快速原型开发时，C++ 的灵活性反而是一种优势。总的来说，C++ 是一种非常通用的语言，几乎可以在任何平台上编译运行，而且几乎没有额外开销。它的短板在于选项太多，有时候会让开发者做出错误选择。
Rust 目前的应用领域
Rust 已经广泛应用于多个技术领域：
浏览器开发
Mozilla 的 Firefox 就整合了来自 Servo（一款实验性并行浏览器引擎）的部分组件。
Web 服务与平台
像 OpenDNS（现属思科）和 Cloudflare 等公司都在使用 Rust 来构建 DNS 解析服务和防火墙规则匹配系统。Discord 利用 Rust 开发其部分后端逻辑和视频编码模块。Dropbox 自 2021 年起也开始采用 Rust 处理媒体采集任务。Facebook 的 Mononoke 和 Google 的 Android 系统也都引入了 Rust 组件。
云服务
AWS 自 2017 年起就在虚拟化工具 Firecracker、容器操作系统 Bottlerocket 以及异步网络库 Tokio 中使用 Rust。微软 Azure IoT Edge 中也有 Rust 编写的模块。此外，微软还借助 Rust 支持基于 WebAssembly 和 Kubernetes 的容器化应用。
操作系统
2021 年启动的 Rust for Linux 项目旨在将 Rust 引入 Linux 内核。到 2023 年，Linux 6.1 版本已正式支持 Rust（与 C 和汇编并列）。Redox OS 的微内核完全由 Rust 编写，微软 Windows 的部分模块也被重写为 Rust 以提升性能。
Web 开发
Deno 提供了一个基于 Rust 的安全 JavaScript 和 TypeScript 运行环境。开源 SWF 模拟器 Ruffle 也是用 Rust 构建的。
Rust 的受欢迎程度逐年上升。调查显示，13% 的开发者表示他们最近深入使用过 Rust，并且从 2016 到 2023 年，Rust 每年都被评为“最受喜爱的语言”。在 2023 年的“最受欢迎技术”排行榜中，Rust 排名第六。
凭借高级抽象与底层控制的结合，Rust 成为了开发安全高效系统软件的理想选择。随着社区对其认可度的不断提升，Rust 很有可能在未来更多领域占据主导地位。
了解更多关于系统架构与高并发编程的深入讨论，欢迎访问 云栈社区。
参考链接: https://serokell.io/blog/rust-development
发表于 昨天 14:26
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