Rust (编程语言)

Rust

编程范型	編譯語言、並行计算、 函数式、指令式、 物件導向、结构化
設計者	Graydon Hoare
實作者	Mozilla
发行时间	2010年
当前版本	1.91.0（2025年10月30日；穩定版本）
型態系統	靜態類型、強型別、 類型推論、結構類型
操作系统	Linux、macOS、Windows FreeBSD、Android、iOS等
許可證	Apache许可证2.0及MIT許可證
文件扩展名	.rs、.rlib
網站	rust-lang.org
受影响于
Alef、C#、C++、Cyclone Erlang、Haskell、Hermes、Limbo Newsqueak、NIL、OCaml、Ruby Scheme、Standard ML、Swift
影響語言
C# 7、Elm、Idris、Swift

Rust是由Mozilla主导开发的通用、编译型编程语言。设计准则为“安全、并发、实用”，支持函数式、並行式、程序式以及面向对象的编程风格。

Rust語言原本是Mozilla員工Graydon Hoare的私人計畫，而Mozilla於2009年開始贊助這個計畫，並且在2010年首次揭露了它的存在。也在同一年，其編譯器原始碼開始由原本的OCaml語言轉移到用Rust語言，進行bootstrapping工作，稱做rustc，並於2011年實際完成。這個可自我編譯的編譯器在架構上採用了LLVM做為它的後端。

第一個有版本號的Rust編譯器於2012年1月釋出。Rust 1.0是第一個穩定版本，於2015年5月15日釋出。

Rust是在完全開放的情況下進行開發，並且相當歡迎社區的回饋。在1.0穩定版之前，語言設計也因為透過撰寫Servo網頁瀏覽器排版引擎和rustc編譯器本身，而有進一步的改善。雖然它由Mozilla資助，但它其實是一個共有專案，有很大部分的代碼是來自於社區的貢獻者。

設計

Rust的設計目標之一，是要使設計大型的網際網路客户端和伺服器的任務變得更容易。因此更加強調安全性、記憶體配置、以及並行處理等方面的特性。

Rust的性能

在效能上，具有額外安全保證的代碼會比C++慢一些，例如对Rust的数组进行操作时默认会检查索引是否越界，而C++则不会，但是如果以C++也手工提供保證的情況下，則兩者效能上是相似的。

语法

Rust的語法設計，與C語言和C++相當相似，區塊（block）使用大括號隔開，流程控制的關鍵字如if、else、while等等。在保持相似性的同時，Rust也加進了新的關鍵字，如用於模式匹配（pattern matching）的match（與switch相似）則是使用C／C++系統程式語言的人會相對陌生的概念。儘管在語法上相似，Rust的語義（semantic）和（C／C++）非常不同。

内存安全

為了提供記憶體安全，它的設計不允許空指標和懸空指標 。 資料只能透過固定的初始化形態來建構，而所有這些形態都要求它們的輸入已經分析過了。Rust有一個檢查指標生命期間和指標凍結的系統，可以用來預防在C++中許多的型別錯誤，甚至是用了智慧指標功能之後會發生的型別錯誤。

内存管理

早期的Rust雖然有垃圾回收系統，但非如Java或.NET平台的全自動垃圾回收。Rust 1.0已不再使用垃圾回收器，而是全面改用基于引用计数的智能指针来管理内存。

类型与多态

它的型別系統直接地模仿了Haskell語言的type class概念，並把它稱作「traits」，可以把它看成是一種ad hoc多型。Rust的作法是透過在宣告型別變數（type variable）的時候，在上面加上限制條件。至於Haskell的高階型別變數（Higher-kinded polymorphism）則還未支援。

型別推導也是Rust提供的特性之一，使用let語法宣告的變數可以不用宣告型別，亦不需要初始值來推斷型別。但如果在稍後的程式中從未指派任何值到該變數，編譯器會發出編譯時（compile time）錯誤。 函數可以使用泛型化參數（generics），但是必須綁定Trait。沒有任何方法可以使用方法或運算子，又不宣告它們的型別，每一項都必確明確定義。

Rust的物件系統是基於三樣東西之上的，即實作（implementation）、Trait以及結構化資料（如struct）。實作的角色類似提供Class關鍵字的程式語言所代表的意義，並使用impl關鍵字。繼承和多型則透過Trait實現，它們使得方法（method）可以在實作中被定義。結構化資料用來定義欄位。實作和（trait）都無法定義欄位，並且只有（trait）可以提供繼承，藉以躲避C++的「鑽石繼承問題」（菱型缺陷）。

历史

2006年，Rust作为Graydon Hoare的个人项目首次出现。

2009年，Graydon Hoare成为Mozilla雇员。

2010年，Rust首次作为Mozilla官方项目出现。同年，Rust开始从初始编译（由OCaml写成）转变为自编译。

2011年，Rust成功的完成了移植。Rust的自编译器采用LLVM作为其编译后端。

2012年1月20日，第一个有版本号的预览版Rust编译器发布。

2013年4月4日，Mozilla基金會宣布將與三星集團合作開發瀏覽器排版引擎Servo，此引擎将由Rust來實作。

2015年5月16日，Rust 1.0.0发布。

代码示例

下面的代码在Rust 1.3中测试通过。

Hello World

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

阶乘

下面是三个不同版本的阶乘函数，分别以递归、循环和迭代器的方法写成：

// 这个函数的if-else语句中展示了Rust中可选的隐式返回值，可用于写出更像函数式编程风格的代码
// 与C++和其他类似的语言不同，Rust中的if-else结构不是语句而是表达式，有返回值
fn recursive_factorial(n: u32) -> u32 {
    if n <= 1 {
        1
    } else {
        n * recursive_factorial(n - 1)
    }
}

fn iterative_factorial(n: u32) -> u32 {
    // 变量用`let`定义，`mut`关键字使得变量可以变化
    let mut i = 1u32;
    let mut result = 1u32;
    while i <= n {
        result *= i;
        i += 1;
    }
    result // 显式返回值，与上一个函数不同
}

fn iterator_factorial(n: u32) -> u32 {
    // 迭代器有多种用于变换的函数
    // |accum, x| 定义了一个匿名函数
    // 内联展开等优化方法会消去区间和fold，使本函数的运行效率和上一个函数相近
    (1..n + 1).fold(1, |accum, x| accum * x)
}

fn main() {
    println!("Recursive result: {}", recursive_factorial(10));
    println!("Iterative result: {}", iterative_factorial(10));
    println!("Iterator result: {}", iterator_factorial(10));
}

并发

一个简单的Rust并发示例：

use std::thread;

// 这个函数将创建十个同时并发运行的线程
// 若要验证这一点，可多次运行这个程序，观察各线程输出顺序的随机性
fn main() {
    // 这个字符串是不可变的，因此可以安全地同时被多个线程访问
    let greeting = "Hello";

    let mut threads = Vec::new();
    // `for`循环可用于任何实现了`iterator`特性的类型
    for num in 0..10 {
        threads.push(thread::spawn(move || {
            // `println!`是一个可以静态检查格式字符串类型的宏
            // Rust的宏是基于结构的（如同Scheme）而不是基于文本的（如同C）
            println!("{} from thread number {}", greeting, num);
        }));
    }

    // 收集所有线程，保证它们在程序退出前全部结束
    for thread in threads {
        thread.join().unwrap();
    }
}

外部链接

• 官方网站（简体中文、正體中文）
• The Rust-dev Archives（邮件列表）
• Rust主源代码库及缺陷跟踪系统于Github
• Rust语言Wiki于Github

参见

• Servo