【云驻共创】Rust语言一般适合用来做什么？

一、 引言

随着时代的发展，编程语言已经多到数不胜数，那么再发明一种新的编程语言有什么意义呢？发明一种新的编程语言又能解决什么问题呢？

俗话说的好，“工欲善其事，必先利其器”。在程序员的世界中，编程语言就是他们的“武器”，编程语言不仅是程序员的“武器”，而且还是他们思想的体现。在当今编程语言“百花争艳”的时代，如果一种新语言可以一直发展下去，被程序员所接受，必然有它的优点和过人之处。

Rust语言就是一门新的编程语言。

二、 Rust语言简介

2.1 Rust的历史背景

Rust语言在2006年作为 Mozilla 员工 Graydon Hoare 的私人项目出现，而 Mozilla 于 2009 年开始赞助这个项目。第一个有版本号的 Rust 编译器于2012 年 1 月发布。Rust 1.0 是第一个稳定版本，于 2015年5月15日发布。

从 2019 年下半年至今，不到一年的时间内，Rust 语言确实接二连三地掀起过一些波澜。从微软探索将 Rust 作为 C 和 C++ 的安全替代方案开始，Rust 吸引了越来越多的目光：内核维护者表示愿意接受用 Rust 开发 Linux 驱动；AWS 也伸出橄榄枝，宣布赞助 Rust；微软更进一步，在今年年初开发并开源了受 Rust 启发的新编程语言 Verona；最近，苹果也站出来拥抱它，将 C 代码移植到 Rust。

2.2 什么是Rust语言？

Rust语言是一门系统编程语言，专注于安全。系统编程语言是相对于应用编程语言而言，系统编程语言意味着更接近于硬件层次，并为上层的应用软件提供支持。

系统编程语言的特点：

（1） 可以在资源非常受限的环境下执行，运行时开销很小，非常高效；

（2） 很小的运行库，有时候甚至是没有

（3） 可以运行直接的内存操作。

目前较为流行的系统编程语言是C和C++,Rust与C和C++类似，相比是增加了安全性。

2.3 Rust语言的特点

（1）高性能-Rust速度非常快且内存利用率极高。由于没有运行时和垃圾回收，它能够胜任对性能要求特别高的服务，可以在嵌入式设备上运行，还能轻松和其他语言集成。

（2）可靠性-Rust 丰富的类型系统和所有权模型保证了内存安全和线程安全，让您在编译期就能够消除各种各样的错误。

（3）生产力-Rust 拥有出色的文档、友好的编译器和清晰的错误提示信息， 还集成了一流的工具 —— 包管理器和构建工具， 智能地自动补全和类型检验的多编辑器支持， 以及自动格式化代码等等。

2.4 Rust语言架构

Rust语言概念层次结构梳理为上图中的四个层次。

最低层是安全内存管理，该层主要是涉及内存管理相关的概念。内存管理是理解低级语言的基础概念。低级语言没有提供自动内存管理的解决方案，例如内置垃圾回收器。它要求程序员自己在程序中管理内存。正确理解内存的使用情况程序员才能构建高效安全的软件。

倒数第二层是类型系统层，该层起到承上启下的作用。类型系统层承载了上层的所有权系统语义和混合编程范式，赋予了Rust语言高级的抽象表达能力和安全性。同时，还保留了对底层代码执行、数据表示和内存分配等操作的控制能力。

对于我们程序员来说，我们只需关心类型系统、语义和混合编程范式即可。编辑器会帮助我们处理内存安全。

三、 Rust学习路线

上面的思维导图包含了详细的学习内容和路线。学习之前必不可少的肯定是安装开发环境。在官网中有安装包和详细的安装教程，就不过多赘述。

官网地址放在这：安装 Rust - Rust 编程语言 (rust-lang.org)。

配置好开发环境之后，我们尝试一下所有编程语言的经典实例“Hello world！”，

fn main() { let s = “Hello world!”; println!(“{}”,s); }

对于这样一个简单的示例程序，我们直接使用rustc即可，执行该程序我们就可以在控制台上看到”Hello world！”字符串。我们简单的hello world程序就执行完成了。

我们简单分析一下这个简单的程序：

（1） fn(function的缩写)是一个关键字，函数定义必须用这个关键字开头。

（2） 函数体使用大括号包含。

（3） 默认情况下，main函数是可执行程序的入口点，它是一个无参数无返回值的函数。

（4） 局部变量申明用let关键字开头。

（5） 最简单的标准输出是使用println！宏来完成。后面的感叹号，它代表这是一个宏，而不是一个函数。而且需要注意的是Rust语言中的宏与C/C++的宏有很大的差别，可以说是完全不一样的东西。

（6） 每条语句也是通过分号结尾，与C/C++的语法规则是一样的。

虽然说Rust是一门新语言，但是与C有很对相似的地方。熟悉C/Java/JavaScript等语言的朋友，如果要是学习Rust语言的话，应该会很快入手的，因为你会经常看到你熟悉的东西。这一点对于开发者来说还是很友善的。

四、 Rust语言的优缺点

优点：前面提到了一些Rust语言的特点，可以说它的特点就是它的优点。首先必须要提的肯定是安全方面了。

（1）传统的系通编程语言开发过程中，会出现因内存错误导致的bug或者是崩溃。比如空指针、野指针、内存越界、段错误等等。这些错误我们经常提起，平时开发时也会时常遇到，各路大神不断总结经验、开发调试工具，但并不能彻底解决这些问题。Rust语言是可以保证内存安全的系统编程语言，这是它独特的优势。与 C/C++ 语言相比，使用 Rust 语言来进行程序设计可以有助于从源头预防出现诸如空指针，缓存溢出和内存-存问题。

（2）在计算机单核性能越来越接近瓶颈的今天，多核并行成了提高软件执行效率的发展趋势。在强大的内存安全特性的支持下，Rust很好的解决了并行条件下的数据竞争问题，保障了线程的安全。

（3）其次就是高性能运行效率极高，与其他语言相比之下，Rust的运行效率较高。

缺点：俗话说的好“人无外人”，一门编程语言也不可能是完美的，肯定会有它的不足或者是局限性。

（1）Rust编译起来比较复杂，对新人不是很友好

（2）库不完善，生态环境较弱

（3）为了做到编译时捕捉大部分错误，给予了 programmer 很少的自由

五、 Rust语言的应用

5.1 Rust语言的应用范围

（1）Rust编译器可以直接生成目标可执行程序，不需要任何解释程序，可用于传统命令行程序。

（2）Rust 同时具有JavaScript 一般的高效开发语法和 C 语言的执行效率，支持底层平台的开发，可以用于开发嵌入式设备。

（3）Rust 用极低的资源消耗做到安全高效，且具备很强的大规模并发处理能力，十分适合开发普通或极端的服务器程序，可以用于开发网络服务器。

（4）Rust 可以被编译成 WebAssembly，WebAssembly 是一种 JavaScript 的高效替代品。

5.2 Rust语言的应用示例

Rust是一门通用的高级系统编程语言，其应用领域基本可以同时覆盖C/Cpp/Python/Java的应用领域。具体而言，Rust的应用领域目前可以覆盖到以下领域：数据服务领域（数据库、数据仓储、大数据等等），云原生（机密计算、容器、分布式计算平台等等），操作系统、工具软件等领域。不管是在国内还是在国外，Rust语言的应用非常广泛，发展前景非常得好。下面看几个国内外的实例深入了解一下Rust语言的应用。

首先我们先看一下Rust在国外公司的应用和开发者的使用。

（1）Timely Dataflow(实时数据流)

Timely Dataflow是clockworks.io 公司的开源产品。在分布式系统中对流式数据进行复杂的处理，比如多次迭代或者递增计算是非常困难的。Timely dataflow 给出了一个完全基于时间的抽象，统一了流式计算和迭代计算。当你需要对流式数据并行处理且需要迭代控制的时候，可以使用 Timely Dataflow 。Rust代码量大概有13000行，主力开发人员4人，社区贡献者30多人。

（2）Krustlet(开源工具)

微软 Deis Labs发布了Krustlet，它是使用 Rust 实现的一种Kubernetes kubelet。Krustlet是在 Kubernetes上运行 WebAssembly 工作负载的工具。它就像 Kubernetes集群中的节点一样。Krustlet 通过在事件流上侦听调度程序根据特定的 Kubernetes 容忍度为其分配的新 Pod 来充当 Kubelet。当用户计划具有特定节点容忍度的 Pod 时，Kubernetes API会将该工作负载计划到 Krustlet 节点，然后 Krustlet节点将获取模块并运行该模块。Rust代码量一共21000多行，主力开发人员7人，社区贡献者有32人。

（3）Ripgrep(终端文本搜索)

ripgrep 是一个以行为单位的搜索工具，它根据提供的pattern 递归地在指定的目录里搜索。它是由 Rust 语言写成，与其他同类工具比较，它的主要亮点就是速度快，非常的快。ripgrep 目前已经成为 Linux 下最快的文本搜索工具。它一共有35000行Rust代码。

除了上述的三个例子外，国外还有很多用Rust语言编写的开发工具和很多好的开源项目。在国内Rust的发展也是相当的好，接下来我们了解一下Rust在国内的应用现状。

（1） 飞书APP

飞书软件我们很多开发者都很了解，甚至一直在使用。字节跳动旗下的飞书在国内应该属于最大的Rust开发团队了，大约有开发者30-60人。飞书在客户端跨平台组件中使用了Rust，据说代码量有55万行代码(包括测试和生成代码)。

（2） TiKV

TiKV是一个开源的分布式事务数据库，专注为下一代数据库提供可靠、高质量、实用的存储架构。目前，TiKV已经在知乎、美团、京东云等多家企业上线应用。TiKV项目包含Rust代码大约30万行(包括测试代码)。TiKV是全球性开源项目，其中参与Rust项目的主力开发大约有20人。

（3） 华为

华为在2021年加入Rust基金会，旨在为Rust在全球推广和发展做出贡献。目前一些开源项目和内部试点项目使用了Rust，以及为Rust生态作出了贡献。目前华为也正在为大规模使用Rust做准备。

除了上述的示例之外还有很多公司或者是项目团队应用了Rust语言，可谓是发展前景非常的好。

六、 推荐的Rust书籍

为了大家更好地学习和了解Rust语言，推荐一些Rust相关书籍。

第一本就是《深入浅出Rust》，本书详细介绍了Rust语言的基础语法，穿插讲解一些高级使用技巧，一步步加深对Rust语言的认识和了解。全是总共分为五部分，第一部分就是详细的基础知识介绍，基础知识是非常重要的，要想学好一门语言，基础知识必不可少。

第二部分内存安全，这可是Rust语言的“招牌”，也是本书的核心和重点。

第三部分是高级抽象，介绍Rust的抽象表达能力。它支持多种编程范式，以及较为强大的抽象表达能力。

第四部分是线程安全，介绍了并发模型，并行编程是提高效率的重要因素。

第五部分是实用设施也是文章的结尾部分，简单介绍Rust语言的工程实用性。

第二本书是《Rust编程之道》。与深入浅出Rust有很大的区别，本书章节内容较多，总共分为了13章。本书适合有一些编程经验的想要学习Rust的开发者或者是想深入学习Rust的进阶者，不适合没有编程基础的小白。本书的特点是从设计哲学出发，探索Rust语言的内在一致性；从源码分析入手，探索Rust地道的编程风格；从工程角度着手，探索Rust对健壮性的支持；从底层原理开始，探索Rust内存安全的本质。

七、 结语

Rust是一门现代化的语言，融合了多种语言特性，而且Rust语言可以应用的领域范围非常广泛。在学习Rust的过程中，你会发现自己编程能力的不足，改正掉这些不足就会不断提升自我。卓越的编程语言，可以将优秀的设计、先进的思想、成功的经验，自然而然地融人其中，使更多的使用者开阔眼界、拓展思路，受益无穷。虽然现在的Rust有些许不足，我相信在未来它会越来越好。

本文整理自华为云社区【内容共创】活动第12期。

查看活动详情：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/325315

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C++ 开发者

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