Rust入门基础

Rust相关介绍

为什么要用Rust？

为什么要用Rust？

• Rust是一种通用的编程语言，它可以让每个人编写可靠且高效的软件。
• Rust可以用来替换C/C++，Rust和它们具有同样的性能，但是很多常见的bug在编译时就可以被消灭。

与其他语言比较

• C/C++性能非常好，但类型系统和内存都不太安全。
• Java和C#，拥有垃圾收集器GC，能保证内存安全，也有很多优秀特性，但是性能不行。
• Rust能够保证内存安全（无需GC），并且易于维护、调试，代码既安全又高效。

Rust的优点

Rust的优点：

• 性能好，速度快。
• 安全性高。
• 具备出色的并发处理能力。

注：Rust最大的缺点就是难学，因为Rust中有很多独有的概念，和现在大多数主流的编程语言都不同，所以学习Rust必须从基础一步一步学。

Rust的用户和案例

Rust的用户和案例

• Google：新操作系统Fuschia，其中Rust代码量大约占30%。
• Amazon（亚马逊）：基于Linux开发的可以直接在裸机、虚机上运行容器的操作系统。
• System76：纯Rust开发了下一代安全操作系统Redox。
• 蚂蚁金服：用Rust开发了库操作系统Occlum。
• 斯坦福和密歇根大学：嵌入式实时操作系统，应用于Google的加密产品。
• 微软：正在使用Rust重写Windows系统中的一些低级组件，微软的WinRT项目也新添加了对Rust语言的支持。
• 其他公司：Dropbox、Yelp、Coursera、LINE、Cloudflare、Atlassian、npm、Ceph、百度、华为、Sentry、Deno等。

Rust与Firefox

• Rust最初是Mozilla公司的一个研究性项目，Firefox是Rust产品应用的一个重要的例子。
• Mozilla一直以来都在用Rust创建一个名为Servo的实验性浏览器引擎，其中的所有内容都是并行执行的，Firefox原来的量子版就包含了Servo的CSS渲染引擎。

Rust特别擅长的领域

• 高性能Web Service。
• WebAssembly。
• 命令行工具。
• 网络编程。
• 嵌入式设备。
• 系统编程。

开发环境准备

安装Rust

安装Rust

Linux/Mac操作系统执行如下命令进行安装：

curl --proto '=https' --tlsv1.2 https://sh.rustup.rs -sSf | sh

Windows操作系统的安装步骤如下：

1、进入Rust官网，点击install按钮。如下：

2、根据操作系统的类型点击对应的32位或64位下载按钮。如下：

3、下载完后运行可执行程序可以看到如下内容：

相关解释：

• 安装Rust后，Cargo的家目录被设置为用户家目录\.cargo。
• 安装Rust的时候会下载一些命令，这些命令对应的可执行程序就会放在用户家目录\.cargo\bin路径下。
• 安装Rust后，用户家目录\.cargo\bin将会被添加到PATH环境变量中（运行Rust相关命令时不用指明路径）。

4、点击回车开始下载，下载完毕后再次点击回车。如下：

注意： 安装完毕后需要重启当前的命令行终端，使得用户家目录\.cargo\bin被添加到PATH环境变量中，以便直接在命令行中运行rust相关命令。

安装验证

可以通过如下命令确保Rust安装成功：

rustc --version

该命令将会输出当前安装的Rust编译器（rustc）的版本信息。如下：

说明一下：

• 图中的1.73.0、cc66ad468和2023-10-03，分别是版本号、commit hash和commit日期。

更新与卸载Rust

更新与卸载Rust

更新Rust执行如下命令：

rustup update

卸载Rust执行如下命令：

rustup self uninstall

开发工具

开发工具

Rust常用的开发工具如下：

• Visual Studio Code（Rust扩展）。
• Clion（IntelliJ IDEA系列）。

在这些开发工具上下载对应的Rust插件即可进行Rust开发。如下：

本地文档

安装Rust的时候会在本地安装文档，可离线浏览，通过rustup doc命令即可在浏览器打开本地文档。如下：

Hello World程序

编写Rust程序

编写Rust程序

创建一个名为main.rs的文件，并编写如下内容：

fn main() {
    
    
    println!("Hello World");
}

相关说明：

• Rust源文件以小写字母命名，多个单词之间使用下划线分开，文件以rs为后缀。
• 代码中通过fn关键字定义了一个main函数，该函数没有参数也没有返回值。
• 打印字符串时使用的println!不是函数，而是一个Rust macro（宏）。
• Rust的缩进是4个空格，而不是一个制表符。
• Rust中的表达式以分号结尾。

编译与运行Rust程序

编译Rust程序

通过rustc命令即可对指定的Rust程序进行编译，并生成可执行程序。如下

说明一下：

• Rust是ahead-of-time编程语言，程序编译生成可执行程序后可在无Rust环境的机器上运行。
• Windows下生成的可执行程序名为xxx.exe，Linux/Mac下生成的可执行程序名为xxx。
• Windows上还会生成一个xxx.pdb文件，里面包含的是调试信息。

运行Rust程序

执行可执行程序即可运行Rust程序。如下：

说明一下：

• rustc只适合编译简单的Rust程序，实际开发中一般会使用Cargo。

Cargo工具

Cargo工具

• Cargo是Rust的官方构建系统和包管理器，它是Rust生态系统中用于构建、测试、运行和发布Rust项目的工具。
• Cargo提供了一种简单而强大的方式来管理Rust项目的依赖关系、构建过程和发布版本，它可以自动下载和安装所需的依赖项，编译源代码，运行测试套件，生成文档，并生成可执行文件或库。

在安装Rust的时候会自动安装Cargo工具，通过cargo --version命令可以查看Cargo的版本。如下：

Cargo创建项目

Cargo创建项目

创建Rust项目的命令如下：

cargo new 项目名称

该命令会在当前目录下创建一个项目目录，项目目录的名字与指定的项目名称相同。如下：

在项目的顶层目录下一个src目录、一个.gitignore文件和一个Cargo.toml文件。如下：

说明一下：

• 在src目录下有一个main.rs源文件，该源文件中会自动生成Hello World程序，Rust项目的源代码都应该放在src目录下。
• 顶层目录可以放置README、许可信息、配置文件以及其他与程序源码无关的文件。
• Cargo会在项目目录初始化一个git仓库，以及一个.gitignore文件，如果在一个已经存在的git仓库中运行cargo new，则这些git相关文件则不会生成，这时可以通过运行cargo new 项目名称 --vcs=git指定让Cargo在项目目录初始化一个git仓库。
• 如果创建项目时没有使用Cargo，后续也可以把项目转化为使用Cargo，只需要按照上述目录结构组织项目代码，并将相应的配置信息写入Cargo.toml即可。

Cargo.toml

• Cargo.toml是Rust项目中的一个配置文件，它位于项目顶层目录下，用于描述项目的元数据和依赖关系。
• Cargo.toml文件采用TOML（Tom’s Obvious, Minimal Language）格式，这是一种易于阅读和编写的配置文件语言，它允许你指定项目的名称、版本号、作者、许可证等元数据信息，并列出项目所依赖的外部库或其他Rust包。

使用Cargo工具创建项目时默认生成的Cargo.toml文件如下：

[package]
name = "hello_cargo"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html

[dependencies]

说明一下：

• [package]是一个片段（section）标题，表明下面的语句用来配置一个包（package）。
• 代码中的name、version和edition分别表示项目名、项目版本和使用的Rust版本。
• [dependencies]是罗列项目依赖的片段的开始，Rust中代码包称为crate，当前项目不需要其他的crate。

Cargo构建项目

Cargo构建项目

构建Rust项目的命令如下：

cargo build

该命令会编译项目代码，并在项目目录/target/debug/目录下生成可执行程序。如下：

说明一下：

• 第一次运行cargo build会在项目顶层目录下生成Cargo.lock文件，该文件负责追踪项目依赖的精确版本，一般情况下不需要手动修改文件内容。

Cargo构建并运行项目

Cargo构建并运行项目

构建并运行Rust项目的命令如下：

cargo run

该命令会编译项目代码生成可执行程序，并自动执行可执行程序。如下：

如果之前编译成功过，并且源代码没有改变，那么执行cargo run就会直接运行可执行程序。如下：

Cargo检查项目

Cargo检查项目

检查Rust项目的命令如下：

cargo check

• 该命令会检查项目代码，确保代码能够通过编译，但不会产生任何可执行文件。
• cargo check比cargo build快得多，开发者在编写程序的过程中会反复调用cargo check，以保证自己写的代码可以通过编译，只有在真正需要生成可执行程序的时候才会调用cargo build或cargo run。

如果将Hello World程序中的英文分号换成中文分号，那么在cargo check时就会发现错误。如下：

Cargo为发布构建项目

Cargo为发布构建项目

为发布构建Rust项目的命令如下：

cargo build --release

该命令会在编译代码时会进行优化，以保证编译出来的代码会运行得更快。如下：

需要注意的是，为发布构建Rust项目生成的可执行程序在项目目录/target/release/目录下。如下：