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从高级程序员的角度来看,Rust 基础知识

2022-04-18  CSDN  
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作者 | Daniel Bulant

译者 | 弯月

出品 | CSDN(ID:CSDNnews)

刚开始从事编程工作的时候,我使用的是php。个人感觉,PHP的语法有点笨拙且不自然,有时甚至很讨厌(为什么我必须在每个变量前加上 $ 前缀?常量前面没有$,它不是照样能理解吗?)在学习了其他语言之后,我就不喜欢PHP了,但PHP的有些地方还是还招人喜欢的,比如数组循环很容易,而且还有多种编程范式:函数式、面向对象以及trait等。

后来,我又学习了JS,它很像C语言,而且随处可见。期间,我也做过一些JAVA和C#的项目,但后来还是回到了JS。

我也尝试过学习C(和 C++),虽然获得了Sololearn的证书,但是我从未真正使用过这两种语言,它们看上去似乎很复杂:快速访问内存的功能很酷,但为什么我必须使用free?为什么它不知道超出作用域时,应该自动释放内存呢?

所以,我还是比较喜欢使用JS编程,因为我无需考虑内存的问题。而且,如今与IO相关的操作也不会限制V8的速度。

后来,我听说了Rust,这门语言由Mozilla开发,多年来一直雄踞StackOverflow最受喜欢编程语言的榜首,甚至超过了我十分喜爱的Typescript(我之所以喜欢Typescript,主要是因为类型安全)。所以,我就想着应该找机会试一试。

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学习资源

我遇到的一大难题是,寻找方便理解且简短的好资源。我不喜欢 YouTube 视频,我更喜欢快速浏览一些文档,或者在通勤路上阅读一些学习资源,而且无需耗费大量流量。

以下是我找到的资源列表:

● 《The Rust Programming Language》(
https://doc.rust-lang.org/book/):这是一本在线书籍,其中介绍了可以利用Rust实现的最常见的功能。

● 《A Gentle Introduction To Rust》(
https://stevedonovan.github.io/rust-gentle-intro/):一本简短的书,可以在一两个小时内读完,然后再拿出一两天的时间尝试一下示例。文中涉及的内容比较深入,但很容易掌握。


https://www.reddit.com/r/rust/:这是一个reddit 社区(如果你遇到比较复杂的问题,则可以发布在此处,等待其他人解答。)

● discord社区:你可以通过这个社区向其他开发人员请教有关Rust的问题。

● Rust By Example(
https://doc.rust-lang.org/rust-by-example/index.html):其中介绍了一些示例,可以作为入门首选书。

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入门

参照Rust网站
https://www.rust-lang.org/)上的说明,使用rustup即可。

如果想创建一个新项目,请运行 cargo init <dir>(如果位于一个空目录内,则不需要指定 <dir>)。

然后即可从src/main.rs开始编写。

与 C 类似,主程序都包装在 main 中。不同之处在于,它不接受任何参数,也不应该返回一个整数,这些功能应该使用命名空间std::env。

另外,我推荐使用CLion并安装Rust扩展。VSCode 也有 Rust 扩展,但相比之下它的效果很差。当然你可以使用其他的JetBrains编辑器,但 CLion 具有其他编辑器没有的一些原生功能(比如调试)。拥有 GitHub 教育包的学生可以免费使用该插件。

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有趣的注意事项

不仅是变量,就连函数和trait内部也可以使用嵌套函数和use。这些无法从外部访问,而且如果不使用就不会出现在代码中。至少我是这样认为的。

变量和函数/方法只能使用小写字母、数字和下划线,比如snake_case,但数字不能放在开头。

结构(和其他类型)、枚举(包括枚举值)和trait(但不包括它们的函数/方法)需要以大写字母开头,并且不能包含任何下划线。

实际上有,你可以使用i += 1。与赋值相同,该表达式将返回赋值后的值(即,将 i 设置为 i + 1,然后返回 i)。

没有 i++(或者 ++i、i-- 和 --i),因为这些运算符有点混乱。

你确定如下操作的结果吗(尤其是在没有指定语言的情况下)?

a[i++ + ++i] = i++ + ++i + a[++i]

问题在于,直到最近上述运算的实际行为还是未定义的,这意味着不同的编译器(甚至可能是同一个编译器的不同版本)可能会产生不同的行为。为了解决这个问题并提高代码的可读性(Rust非常重视可读性和冗长,甚至不惜多敲几次键盘),Rust仅支持 i += 1,几乎所有人都知道该表达式的意思是变量i加1,并返回最终结果。所以,你不必知道 i++ 实际上返回的是原始值(不是新值),而且还会加1。

此外,运算符重载会使用trait,但本文不打算详细讨论。

除了函数调用之外,还有 if、while、match 和 for 都是表达式。

你可以直接使用 if 来代替其他语言中常见的三元运算符:

let var = if something { 1 } else { 2 };

循环会根据break的调用返回结果。你可以利用它,反复重试某个操作,直到成功。

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变量

变量通过 let 声明,并且有作用域。类型是可选的,Rust 非常擅长推断类型(比 Typescript 更出色)。

let var: usize = 1;

上述变量定义了一个类型为usize的变量var(usize是一个32或64位的数字,具体取决于计算机架构)。

你可以重复声明变量。当重复声明某个变量时,之前声明的变量就会被删除(除非该变量被引用,在这种情况下只有引用会保留,而原始变量会被删除),而且变量的类型也会改变。

let var = 1;let var = "something";

在默认情况下,变量是不可变的。如果你想修改它们,则需要在 let 之后加上关键字 mut。

let var = 1;var = 2; // 错误!不可以修改不可变的变量
let mut var = 1;var = 2;
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函数

fn main(arg: u8) -> u8 { // something arg}

函数的行为几乎与JS一模一样,只不过它们并不是数据类型,而且语法上略有不同。

参数的指定与 Typescript 类似,即key: type。返回类型通过 -> 指定。

有趣的是,虽然 Rust 需要分号,但如果最后一个表达式后面的分号忘写了,它会被作为返回值(即使没有 return 关键字)。

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If语句

if something {} else {} else if something_else {}

if 语句的使用非常基本,不在此赘述。

有一点需要注意,如非必要,使用括号实际上是错误的。你可以利用括号指定执行顺序:

if (something || something_else) && something_other {}

如前所述,if 也可以返回一个值,而该值可用于赋值、参数、返回或其他地方。

let var = if something { 1 } else { 2 };

这里的花括号是必需的。

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类型

Rust的类型有两种:基本数据类型(数字、str),结构(String)。

二者之间唯一的区别是,基本类型的初始化可以直接赋值,而复杂类型则需要某种构造函数。

堆与栈

我之前几乎不需要考虑堆与栈的问题。(据我所知,JS中的对象都存储在堆中,只有基本类型在栈中。)

堆:

● 速度慢

● 比较大

● 非常快

● 比较小

基本类型和基本的结构都存储在栈中。要在堆中存贮值,需要使用Box<T>。另外,Vec<T> 也可以将值保存到堆中。

如果你使用的内存较多,或者需要在结构中使用带有值的enum,则可能需要使用堆。

如果发生栈溢出,则说明你使用了过多的栈内存。对于一些较大的值,应该使用Box。

常见的基本类型

数字:

● i8、i16、i32、i64、i128:有符号整数,包括负数。数字表示值的比特数。

● u8、u16、u32、u64、u128:无符号整数,从零开始。它们的最大容量翻了一倍,因为有一个额外的比特可用(在有符号整数中用于表示符号)。数字表示值的比特数。

● f32 和 f64:浮点数。JavaScript 世界中常见的数字。

字符串:

● str:简单的UTF-8 字符串(所有 Rust 字符串都是 UTF-8。不能使用无效的 UTF-8 字符串,会引发异常或造成panic)。通常用作指针(即 &str)。

● String:一种更复杂的类型(严格来说不是基本类型),存储在堆中。

数组:

● T :具有固定长度的数组(如果使用 Option<T> 类型,则数组内包含的元素数量可以小于实际长度)。

元组

元组可用于存储不同类型的多个值(从本质上来说就是可以容纳不同类型且大小固定的数组)。

与数组不同,元组可通过点(.)直接访问,例如 tuple.0 表示获取第一项,而 tuples 没有.len 之类的方法。

let var = (1, "str");

有一个很有意思的小技巧,你可以通过(空元组)返回“void”。既没有 return 语句,也不会返回值的函数会返回。

常见结构

Option<T>

● 这是一个枚举,值为Some(T) 或 None。(我们稍后再讨论enum,Rust中的枚举与其他语言略有不同。)

● 如果想获取该值,你可以使用 match,就像使用其他枚举一样,或者使用 .unwrap (如果值为None,则会导致panic)。

Result<T, E>

● 这个结构与 Option 类似,但常用于处理错误(通常由 IO 方法返回)。

● 它的值是 Ok(T) 或 Err(E)。

● 如果想获取该值,你可以使用match 块或 unwrap。

● 为了方便使用,当函数返回 Result<T, E> 时,可以在返回值为 Result<T, E>(其中E必须为兼容的类型)的方法调用之后使用 ? 来返回错误E(类似于使用.unwrap(),但当函数出错时不会造成panic)。

fn example -> Result<, Error> { // 一种错误类型。为了简便起见,你可以使用String,或自定义enum。 something_that_returns_result?; Ok() // returns empty Tuple}

Vec<T>

● 向量是可增长的数组,存储在堆上。

● 向量支持 .push、.pop 等常用操作。详情参见Rust文档。

Box<T>

● 在堆上存储T。可用于在结构中使用enum,或者用于释放栈空间。

定义结构

结构类似于对象,但它们的大小是静态的。

结构可以通过如下几种方式定义。

● 使用Tuple作为声明(类似于元组的别名)

struct Something(u8, u16); // a struct with 2 numbers, one unsigned 8 bit, the other one unsigned 16 bit

● 使用对象表示法(类似于声明类或对象)

struct Something { value: u8, another_value: u16}

● 使用struct作为别名

struct Something = u8; // a single value

这种方法的适用情况为:你试图创建一个enum,而其值可能是正在定义的结构,而该结构中又要(直接或间接)引用该enum。

struct MaybeRecursive { possibly_self: Option<MaybeRecursive> // error!}struct MaybeRecursive { possibly_self: Option<Box<MaybeRecursive>> // fine} 

我在为自己的shell创建抽象语法树时,就遇到了这个问题。

要创建结构的实例,需要使用下述写法(类似于C#中定义数组):

Something { variable: 1, another_variable: 1234}
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定义enum

下面是示例:

enum EnumName { First, Second}

可以为enum指定数值(例如序列化或反序列化数值的情况):

enum EnumName { First = 1, Second // auto incremented}

更强大的写法如下:

enum EnumName { WithValue(u8), WithMultipleValues(u8, u64, SomeStruct), CanBeSelf(EnumName), Empty}

你可以用match提取出值。

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Match

match是Rust最强大的功能之一。

Match是更强大的switch语句。使用方法与普通的swtich语句一样,除了一点:它必须覆盖所有可能的情况。

let var = 1;match var { 1 => println!("it's 1"), 2 => println!("it's 2"), // following required if the list is not exhaustive _ => println!("it's not 1 or 2")}

也可以match范围:

match var { 1..=2 => println("it's between 1 and 2 (both inclusive)"), _ => println!("it's something else")}

也可以什么都不做:

match var { _ => {}}

可以使用match安全地unwrap Result<T, E>和Option<T>,以及从其他enum中获取值:

let option: Option<u8> = Some(1);match option { Some(i) => println!("It contains {i}"), None => println!("it's empty :c") // notice we don't need _ here, as Some and None are the only possible values of option, thus making this list exhaustive}

如果你不使用i(或其他值),Rust会发出警告。你可以使用_来代替。

match option { Some(_) => println!("yes"), None => println!("no")}

match也是表达式:

let option: Option<u8> = Some(1);let surely = match option { Some(i) => i, None => 0}println!("{surely}");

你可以看看Option的文档(或通过IDE的自动补齐,看看都有哪些可以使用的trait或方法)。

你也许注意到了,你可以使用.unwrap_or(val)来代替上述代码(上述match等价于.unwrap_or(0))。

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Loop

loop循环是最简单的循环。只需要使用loop即可。

loop { if something { break }}

该代码会一直运行,直到遇到break(或return,return也会同时返回父函数)。

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for

for循环是最简单易用的循环。它比传统的for循环更容易使用。

for i in 1..3 {} // for(let i = 1; i < 3; i++) // i++ is not a thing, see things to notefor i in 1..=3 {} // for(let i = 1; i <= 3; i++)for i in 1..=var {} // for(let i = 1; i <= var; i++)for i in array_or_vec {} // for(let i of array_or_vec) in JS// again, as most other things, uses a trait, here named "iterator"// for some types, you need to call `.iter` or `.into_iter`.// Rust Compiler will usually tell you this.for i in something.iter {}
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while

很简单的循环。与其他语言不同,Rust没有do...while,只有最基础的while。

while condition { looped;}

语法与if一样,只不过内容会循环执行。

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打印输出

打印输出可以使用 print! 和 println!。

!表示这是一个宏(即可以扩展成其他代码的快捷方式),但你不需要过多考虑。另一个常用的宏是 vec! ,它能利用数组创建 Vec<T> (使用 [] 内的值)。

这些宏都有一个简单的模板系统。

● 输出一行使用 println!。

● 输出一个静态字符串使用 print!("something")。println!中ln的意思是行,也就是说它会添加换行符号(n)。console.log会默认添加换行。

● 要输出一个实现了Display trait的值(绝大多数基本类型都实现了),可以使用 print!("{variable}")。

● 要输出一个实现了Debug trait的值(可以从Display继承),使用 print!("{variable:?}")。

● 要输出更复杂的实现了Display trait的内容,使用 print!("{}", variable)。

● 要输出更复杂的实现了Debug trait的内容,使用 print!("{:?}", variable)。

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Trait

Trait是Rust中最难理解的概念之一,也是最强大的概念之一。

Rust没有采用基于继承的系统(面向对象的继承,或JavaScript基于原型的继承),而是采用了鸭子类型(即,如果一个东西像鸭子一样叫,那么它就是鸭子)。

每个类型都有且只有一个“默认”(或匿名)trait,只能在与该类型同一个模块中实现。通常都是该类型独有的方法。

其他的都叫trait。例如:

trait Duck { fn quack(&self) -> String; /// returns if the duck can jump fn can_jump(&self) -> bool { // default trait implementation. Code cannot have any assumptions about the type of self. false // by default duck cannot jump }}struct Dog; // a struct with empty tupleimpl Dog { // a nameless default trait. fn bark(&self) -> String { String::from("bark!") }}impl Duck for Dog { // implement Duck trait for Dog type (struct) fn quack(&self) -> String { String::from("quark!") } // dog kind of quacks differently}let dog = Dog {};dog.bark;dog.quack;

首先,我们定义了trait(在面向对象语言中叫做接口,但它只包含方法或函数)。然后为给定的类型(上例中为Dog)实现trait。

一些trait可以自动实现。常见的例子就是Display和Debug trait。这些trait要求,结构中使用的类型必须要相应地实现Display或Debug。

#[derive(Display,Debug)]struct Something { var: u8}println!("{:?}", Something { var: 1 });

作用域

Trait有作用域,而且与它实现的类型的作用域是独立的。也就是说,你可以使用一个类型,但无法使用一个trait的实现(例如,如果这个实现来自另外一个库,而不是来自该类型本身)。你可以use这个实现。

self

trait中的self指向它实现的类型。&self是指向 self: &Self 的别名,其中Self表示该类型(上例中的 self: &Dog)。self也是self: Self的别名,但两者的区别就是后者会移动变量(即消耗该变量,该变量就无法从外部访问了)。

当函数定义不以self、&self或&mut self开始时(&mut self相当于带有可改变引用的 &self),就是一个静态方法。Trait依然可以像任何方法一样定义并实现静态方法。常见的一个静态方法是new,用于创建类型或结构的实例:

impl Something { fn new -> Something { Something { x: 1 } }}...let var = Something::new;
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指针

指针实际上非常易懂,尽管它来自其他更高级的语言。我经常会用错。

&A指向A,使用时只需要确保A存在,即可保证&A存在,因为我们不应该让指针指向不存在的对象。

Rust会在编译时进行静态检查,确保不会出现上述情况。它会自动释放超出作用域的变量,并且不允许指针的存活超过变量。另一个安全保证是,只能有一个可改变的指针。

也就是说下述代码是错误的:

let a = 1;let b = &a;let c = &mut a;println!("{b}"); // Error! there can only be one mutable pointerc = 1;

我们只需要保证原始变量在指针的作用域中一直存在即可。

在结构中使用指针会有点问题,因为编译器不喜欢这种做法(因为结构的寿命通常比原始变量更长)。我通常会采用所有权转移或克隆(.clone(),Clone trait的一部分,可以被derived)。

有时候,一些函数要求只能用指针,不能用所有权转移。这时,只需在值的前面加上 & (或 &mut)即可。

something(&a);

此外,还有双重、三重等指针,但很少见,而且一般来说只会更难处理。

你也不需要考虑释放变量的问题,Rust会在超出作用域时自动释放。

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命名空间

使用全名就无需导入。导入只不过是别名。

std::env::args
use std::env;env::args
use std::env::args;args

选择多个“命名空间”可以使用{},如:

use std::env::{args, var};

也可以重复使用use:

use std::env;use std::env::args;env::var;args

还有一点,你也可以在函数内使用use。这样,如果代码没有被执行,库就不会被导入(即,如果函数没有在代码路径中出现,例如,use了一个测试用的库,而use只写在了测试用例中,那么在正常构建时就不会导入该库)。

fn test { use std::env; env::var;}

但我不推荐在正常的代码路径中这样写,应该使用全局的导入。

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可见性

讨论完命名空间之后,我们来讨论一下可见性。

本质上,默认情况下任何东西都是私有的,只能被它所在的文件访问。

● trait及其方法

● 结构及其成员

● enum(成员继承enum的可见性,这是合理的,参见Match)

● 函数

● trait的实现依赖于trait和实现该trait的结构,即,只有两者都是公有的,该实现才是公有的。

要设置为公有(即可以从外部访问),需要使用关键字pub:

pub struct Something { pub letter: char}pub trait CustomTrait { ... }pub fn method {}
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使用多个文件

有时候我会想念 require("./fire")。

要想“导入”一个文件,要使用 mod指令。通过cargo下载的crate会自动导入。

main.rs

mod my;fn main { my::function; // or use my::function; function;}

my.rs

pub fn function { println!("function");} 

你也可以使用pub mob重新导出一个文件。绝大多数已有的Rust代码都会对支持文件夹采用下列操作:

main.rs

mod my;use my::file;fn main { file::function;}

my/mod.rs - mod.rs这个名字是特殊的,类似于index.js

pub mod file;

my/file.rs

pub fn function { println!("function");}

关于println!,参见“打印输出”。

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编写文档

编写文档只需使用三个斜线 ///。一些IDE会采用不同的高亮方式显示。

类似于JSDoc,只不过其类型不会显式标注,因为代码中已经写了类型。

/// a description of varlet var = "something";

原文地址:
https://danbulant.eu/posts/rust-basics

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