Rust之初体验

用 Rust 重写博客的感受

Updated on 2019-11-04 11:44 (Created on: 2017-09-27 15:32)

金风玉露初相逢

前言

我已经学习 Rust 有挺长的一段时间了,一直想用 Rust 来写点东西,但是缺乏好的想法;有些想法自我感觉良好,但是又没有能力实现 (比如,写一个操作系统?), 所以最后我决定还是拿我的博客来做实验品吧。我原来的博客 是基于 Github Page 和 Org mode 实现的静态博客,略显简单。所以我就觉得用 Rust 来写个新的博客。

我眼中的 Rust

前后花了一个月的空余时间来写这个博客,写完这个博客之后,我觉得我应该算是有点Rust 的编程经验了 ;-). 在学习 Rust 和使用 Rust 的时候,我总是将 Rust 和我平时使用的语言进行对比。一段时间下来,我对使用 Rust 的感悟越来越多,所以我谈谈我眼中的Rust

优点

内存安全

谈及 Rust, 首先想到的一定是内存安全,正如官网对 Rust 的定义:

Rust is a systems programming language that runs blazingly fast, prevents segfaults, and guarantees thread safety.

这个也是 Rust 对比其他的语言最大的亮点之一. 众所周知,在 Rust 之前的其他编程语言管理内存的方式无非是以使用垃圾回收算法管理内存(代表就是 Java 和 Python), 或者是C/C++ 手工管理内存。手工管理内存非常容易出现问题,即使是非常有经验的工程师也不能写出完全没内存问题的代码,毕竟人总是免不了出错。但是使用垃圾回收算法就一定会有运行时和垃圾回收时的停顿,这就不适合系统编程了。而 Rust 通过新加入的 生命周期(lifetime)和所有权 (Ownership) 特性,就可以实现内存的自动回收,并且无需运行时,可以大大地避免出现类似内存泄漏或者时悬停指针之类的问题

编译器

据说,在 Rust 的编译器设计理念里,编译器可以检查的,就无需程序员操心。并且因为Rust 所倡导的安全的概念,所以它的编译器会做尽可能多的检查,争取在编译期就发现问题。此外 Rust 的编译信息还非常友好和详细

error[E0308]: mismatched types
  --> src/main.rs:72:32
   |
11 |     let url = match Url::parse(matches.value_of("URL")) {
   |                                ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ expected &str, found enum `std::option::Option`
   |
   = note: expected type `&str`
              found type `std::option::Option<&str>`
   = help: here are some functions which might fulfill your needs:
           - .unwrap()
           - .unwrap_or_default()

error: aborting due to previous error

error: Could not compile `blog`.

To learn more, run the command again with --verbose.

Rust 编译器就像导师一样耳提面命,为你指出代码中的问题(但是有时候,我觉得 Rust 的编译器也像导师一样,太啰嗦了 !-_-)

表达能力强

Rust 不同于衍生自 C 的 Java, Go, Python 等语言,Rust 更多地吸取了 Ocaml,Haskell, Scheme 等函数式语言的特性。对于习惯了 C 系语言的同学而言,Rust 算是打开了一个新的大门。

match

Rust 具有非常强大的表达能力,比如说 match, 这个类似 C 里面的switch,但是强大得多. 首先看一下类似 switch 的功能:

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter,
}

fn value_in_cents(coin: Coin) -> u32 {
    match coin {
        Coin::Penny => 1,
        Coin::Nickel => 5,
        Coin::Dime => 10,
        Coin::Quarter => 25,
    }
}

这个是 The Rust Programming Book 的例子,作用是列举所有的枚举值,但是似乎也没有比 switch 神奇到哪里去。但是 match像其他的函数式语言那样,可以提供模式匹配的能力,为复杂的类型系统提供一个简单轻松的解构能力。例如对 struct 进行解构:

struct Point {
    x: i64,
    y: i64,
}
let point = Point { x: 0, y: 0 };
match point {
    Point { x, y } => println!("({},{})", x, y),
}

这样,对 使用 match 就可以得到 Point的内部值

macro

Rust 也有 宏系统 (macro), 不是类似 C 的那种简单文本替换的宏,而是类似 Lisp 系语言的宏,使用过 Lisp 方言的同学自然会明白宏的强大,《黑客与画家》的作者 Paul Gram也是宏的忠实粉丝。比如我使用宏来创建一个函数:

macro_rules! create_function {
    // This macro takes an argument of designator `ident` and
    // creates a function named `$func_name`.
    // The `ident` designator is used for variable/function names.
    ($func_name:ident) => (
        fn $func_name() {
            // The `stringify!` macro converts an `ident` into a string.
            println!("You called {:?}()",
                     stringify!($func_name))
        }
    )
}

// Create functions named `foo` and `bar` with the above macro.
create_function!(foo);
create_function!(bar);

使用上面的定义的宏,我就创建了一个 foo()bar() 函数,然后就可以直接调用:

fn main() {
    foo();
    bar();
}

Rust 的宏系统极具表现力完整例子参见 rust by example

工具链

不得不说,Rust 的工具链真的让程序员非常舒心

Cargo

Cargo 是 Rust 的构造系统和包管理器,开发者可以用 Cargo 下载相应的依赖和构造代码。Cargo 非常容易上手,但是功能确是非常强大,Cargo 还可以帮开发者设置相应的单元测试和基准测试,所以使用 Cargo 进行单元测试和基准测试是非常省心。Cargo 是多合一的一站式工具,也是同类工具中,我使用过的最强大的

Rustup

rustup 是 Rust 的一个安装器,使用 rustup 来更新 Rust 的编译器,它跟 Python 的 virtualenv有点像,可以维护不同版本的 Rust 编译器,例如stable, nightly,beta 等

rust-clippy

rust-clippy 是 Rust 的一个静态代码分析工具,虽说 Rust 的编译器在分析 Rust 代码上已经做了非常多的工作了,但是rust-clippy 可以帮你更进一步,编写出更好的代码。总会有一些代码可以进行简化以提高代码的可读性,或者是更符合最佳实践,而 rust-clippy 就是会给你相应的提示,以协助你编写出更好的代码。

性能强劲

Rust 强劲的性能也是它非常大的亮点之一,记得我学习 Rust 的其中一个原因就是它的性能,因为我熟悉的 Python 虽然优点非常多,但是性能一直被人垢病. 而Rust 其中的一个设计理念就是实现高并发,充分利用好现代电脑的多核特性. Rust 的目标是性能方面超越C语言,可能这个目标在很多人看来都很可笑. 但是很多基准测试都表明 Rust 的性能和 C已经相差不大,考虑到 Rust 本身就是为了现代多核电脑设计的编程语言,而 C 还是上世纪 70年代的产物,即使是天才般的发明,现在也不免追不上莫尔定律的脚步,况且 Rust还是处在婴儿期,而 C 已经非常成熟,例如 GCC 这样的编译器也对 C 语言做了非常多的优化,C 语言性能方面的增长已经很有限了。所以如果 Rust 真的能利用好多核的性能,未来真的可期

友好的社区

这个应该不算是 Rust 的一个优点,但是 Rust 社区让我在编写 Rust 过程深深受益。我编写的博客使用的 Web 框架是 Rocket, 数据库层的 ORM 是Diesel, 因为框架和编程语言都非常新,虽说他们的文档都非常完整,但是难免会有覆盖不到的地方,所以总会有一些遇到的问题我不知道怎么解决。所以我经常向社区求助,在 Reddit 上发贴,或者是在 Gitter 上找人求助,又或者是在 Github上面求助,在社区的朋友的帮助下,我最后都能解决问题。社区的朋友都非常友好和乐于帮忙,即使我问的问题很菜鸟,但是他们都一一耐心做答。Rust 社区给我的感觉和 Emacs社区给我的感觉很相似,社区人数少,但是素质非常高,非常友好。

不足

现在我来说说 Rust 的不足或者说是劣势

陡峭的学习曲綫

前面提到 Rust 为了实现内存无运行时的自动管理,引入了独创的生命周期 (lifetime)和所有权 (ownership), 对于学习 Rust 的同学来说,这是必须跨过去的坎,接着还有类似引用 (Reference),租借 (Borrow) 这些特性,真的令人望而生畏。而 Rust 的很多新的特性都是没办法从已有的编程语言那里找到类似的特性的,所以必须以 Rust 的思维去学习Rust, 而不能抱着 Java 或者 C++ 的思维的学,因为这样一定会撞得头破血流,久攻不下,就很容易放弃

还是编译器

没错,Rust 的不足,编译器也有一份子。前面提到 Rust 是会尽可能地检查你的代码,把BUG 扼杀在编译期,所以就会导致两个问题. 问题一: 很多东西编译器都要管,所以你的代码就必须写得符合编译器的要求,不然编译器就不会让你通过,所以每次编译都想撞墙,怎么这个编译不通过,那个编译也不通过;如果你的代码编译通过了,它运行就比较少会出现问题;问题二:因为要做尽量多的检查,所以导致编译的时间非常长,经常是改动了一小点代码,重新编译就要 10s以上, 而我的机器都已经是E5的CPU加32G的内存了。

尚不成熟的生态环境

虽说 Rust 现在发展迅速,但是 Rust 的生态还没有起来,很多优质的类库还是欠缺,很多现有的类库还不成熟,例如我现在使用的 Rocket 框架还只是 0.3, Diesel 还只是 0.16.0,很多我需要的功能都没有,比如 Diesel 这个 ORM 还没无法进行 Rust 的 enum 和Postgres 的 enum 的映射,一些复杂的查询还不支持,只能使用 sql 进行操作。其他类库的版本如图:

缺乏 IDE

现在 Rust 没有比较成熟的 IDE, 现在我使用 Emacs 编写 Rust, 配合 Racer 这个 Rust代码补全工具,但是 Racer 只是能补全标准类库的代码,对于下载下来的依赖类库,就无能为力,所以我写代码都只能对着 API 文档编写,然后编译,出了问题再修改。虽说 Rust团队现在基于 LSP 在开发 RLS, 但是我写 Rust 的感觉就好像我使用编辑器写 Java 的感觉一样,实在是效率太低,代码补全,语法提示功能太弱了。

中文社区

虽说这个与 Rust 本身无关,不过我只是想吐嘈一下,Rust 的中文社区几乎没有,我的所有 Rust 问题都是在 Reddit, Github, Gitter, IRC 上面解决的. 我只是希望Rust 中文社区也可以强大起来。人数应该不是什么大的原因,像 Emacs 的用户那么少,Emacs 的 中文社区 一样很繁荣,这个算是我的一个希冀吧

总结

其实学习 Rust 还是很有收获的, 不是说,如果这种语言没有改变你对编程的看法,那它就不值得你学。这么看来,Rust 还是值得我学习的,Rust 现在给我的感觉跟 Emacs/Vim 很相似,它很强大,但是由于学习曲线等诸多原因,游离于主流之外,但是它的强大和它的美只有你亲身学习,亲身经历才能体会到的。这就是如鱼饮水,冷暖自知吧。最后贴上Github 地址: Ramsay's blog