Rust学习笔记之基础概念快速入门

去年就学习过一段时间的Rust，除了略微“诡异”的所有权规则，整个语言的工具链体验还是很好的，起码Cargo真的很舒服。

聊聊Rust

Rust is technology from the past came to save the future from itself.
——Graydon Hoare

Rust 和 C++ 是同一系列的，经常被拿来一同比较的 Go 其实对标不是 C++，而是 Python 与 Java。我对 Rust 的看法就是没有历史包袱，现代化的 C++，由于 go 设计有 gc （垃圾回收），因此 go 可以说是一个更接地气的 Python 或者 Java。

Rust 的历史可以追溯到 2006 年，由 Graydon Hoare 开发，目前主要由 Mozilla 主导。第一个稳定版本 1.0 是在2015年发布的。据说，1.0 之前的那些版本，各种特性很容易在下一个版本就得不到兼容，1.0 之后才改变了这种轻易翻盘的情况，各种特性开始开始稳定下来。

Mozilla 主导 Rust 主要寄希望能解决 C++ 的内存安全问题，因为火狐浏览器的引擎 gecko 就是用 C++ 编写的。C++ 年代久远，对并发的支持也没有提供更好抽象，非常容易误用，这也是 Rust 试图解决的问题之一。

Rust 借鉴了很多语言，比如Cyclone（一种安全的C语言方言）的基于区域的内存管理模型；C++ 的RAII 原理；Haskell 的类型系统、错误处理类型、typeclasses等等。Rust 有非常小的 runtime，不需要垃圾回收，默认情况下是在栈上进行分类内存，而不是堆上。Rust 的编译器 rustc，一开始使用 Ocaml （一种函数式语言）编写，后来在2011年 Rust 实现了自举。

安装、更新和卸载

在Mac和Linux上安装相对而言会简单很多，只需要在终端输入以下命令：

curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

会自动配置好环境变量，重启一下终端，或者输入：

source $HOME/.cargo/env

更新的命令：

rustup update

卸载：

rustup self uninstall

检验是否成功安装：

rustc --version

Hello World

为了体现出 Rust 的特性，写一个稍微富含 Rust 风格的 Hello World。

// great.rs
use std::env;

fn main() {
   
   
  let name = env::args().skip(1).next();
  match name {
   
   
    Some(n) => println!("Hello, {}", n),
    None => panic!("Did not receive any name?"),
  }
}

现在使用 rustc 编译项目，并运行一下：

➜ rust_projects rustc greet.rs
➜ rust_projects ./greet Guyu2019
Hello, Guyu2019
➜ rust_projects ./greet         
thread 'main' panicked at 'Did not receive any name?', greet.rs:8:13
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace.

第二行，从 std Crate（库被称为 Crate） 中引入了 env 模块。第 4 行就是大家熟悉的 main 程序入口。

第一个命令行参数（下标为0），是程序本身的名字。第2个参数（下标为1）才是第一个输入参数。skip(1) 的意思就是跳过一个元素，它返回一个迭代器。由于迭代器是懒加载的逻辑，没有进行预计算，所以需要显式使用 next() 去获取元素。

next() 返回的也不是单纯的字符串，而是一个 Option 类型。Option 类型避免使用 null，用 None 来表示没有值。

第六行的 match 类似我们熟悉的 if ，也比较像 switch。如果返回 next() 返回了值，则调用 println!()。如果没有值，则到 None 的 panic!。最后的 ! 表明这是一个宏（macro），而不是我们通常理解的函数。

println! 宏接受一个字符串，还可以带有占位的 {} 语法。我们通常称这种字符串为格式化字符串（fotmat strings）。如果只是替换成原始的内置简单类型，可以使用 {}，其它的类型通常会使用 {:?}。

{} 的行为主要来自 Display trait，{:?} 则来自于 Debug trait。顾名思义，{} 最主要的功能是显示，{:?} 则多了调试的含义。对于内置的简单类型，Debug 显得就不那么重要了。如果是自己定义的类型，或者比较复杂的类型，可以使用 #[derive(Debug)] 去定义调试的行为，当然这是后话。

内置的原始类型

Rust 内建的原始类型有这些：

• bool：布尔值，true 和 false；
• char：单个字符
• 整数类型：有一点特殊，Rust 可以支持 128 bit 的整数。

长度	有符号	无符号
8-bit	i8	u8
16-bit	i16	u16
32-bit	i32	u32
64-bit	i64	u64
128-bit	i128	u128
arch	isize	usize

其中，isize和usize依赖运行程序的计算机架构：64位的机器上是64位（等价与i64），32位上是32位（等价于i32），一般可以用来表示指针。如果拿不定主意，默认的i32就很好，通常是最快的。

• f32：基于IEEE 754标准的32位的浮点数类型；
• f64：64位浮点数类型；
• [T; N]：固定长度的数组；
• [T]：可变尺寸的 T 类型数组（类似 C++ 的vector）；
• str：字符串切片，主要用于引用，比如&str。
• (T, U, ..)：无穷序列，T 和 U 可以是不同的类型；
• f(i32) -> i32：函数类型。函数在 Rust 中也是一等公民，函数可以像变量一样使用。这里仅仅只是举例，f(i32) -> i32 表示这个函数接受一个 i32 类型的值，然后函数返回 i32，函数类型根据函数参数和返回值发生变化。

定义变量

Rust中使用 let 进行定义变量。和C或者C++不同，变量默认是不可变的。这个主要是为了并发和所有权上进行考虑的。你可以理解成 let 就是 C++ 里的 const。如果要声明可变的变量，应该在变量名前面加上mut。

// variables.rs

fn main() {
   
   
  let target = "world";
  let mut greeting = "Hello";
  println!("{}, {}", greeting, target);
  greeting = "How are you doing";
  target = "mate";
  println!("{}, {}", greeting, target);
}

编译运行这段代码，会发现报错了。编译器告诉你，target 不能改，要改请加上 mut。嗯，非常友好。

函数与闭包

函数类型没什么大的意外。不过这里提一句，编写函数尽量编写纯函数，有的语言管纯函数叫函数，其它的叫方法。**纯函数的意思简单来讲就是不修改全局变量，函数内部需要的外部资源从参数中获取，然后不要直接修改外部资源，而是返回给外部。**这样的函数有明显的高内聚，低耦合的特点，比较容易进行调试和并行。

// functions.rs

fn add(a: u64, b: u64) -> u64 {
   
   
  a + b
}

fn main() {
   
   
  let a: u64 = 17;
  let b = 3;

  let result = add(a, b);
  println!("Result {}", result);
}

// Result 20

没有什么意外，和 C++ 有点差别的是，最后会自动返回最后 a + b 的结果，不需要加上 return。而且，Rust 的函数借鉴于函数式编程，就算没有返回值，也会默认返回 () 类型，可以把它当作 void。

// function_mut.rs

fn increate_by(mut val: u32, how_much: u32) {
  val += how_much;
  println!("You made {} points", val);
}

fn main() {
  let score = 2048;
  increate_by(score, 30);

  println!("{}", score);
}
// You made 2078 points
// 2048

闭包相比与函数拥有环境的信息，它可以没有名字，所以有时候也被叫做匿名函数。最简单的闭包形式是这样的：

let my_closure = || ();

这样就定义了一个没有参数，然后什么也没干的函数。可以使用 my_closure() 去调用，这点上和函数没什么差别。

// closures.rs

fn main() {
   
   
  let doubler = |x| x * 2;
  let value = 5;
  le