一文學會Rust

rust是什麼

rust 是乙個系統程式語言，它注重三個方面：安全，速度和併發性。

特徵：1.沒有垃圾**機制，沒有執行時，效率超過c++，直逼c語言

2.記憶體安全，併發安全，沒有空指標

3.極其豐富的生態，

它是如何做到這些的？

編譯時保證和對記憶體生命週期的明確控制。

讓我們來談談rust中最重要的概念：「所有權」，以及它對併發程式設計（對程式設計師來講通常是非常困難的任務）的啟發。

所有權

所有權是rust的核心概念，也是其獨特的功能之一。「所有權」是指允許哪部分的**修改記憶體。

讓我們從一些c++**開始理解這個概念：

int *foo(void) 
int bar(void
)

foo函式在棧上分配了乙個整型，然後儲存給乙個變數i，最後返回了這個變數i的引用。這裡有乙個問題：當函式返回時棧記憶體變成失效。意味著在函式add_one第二行，指標num指向了垃圾值，我們將無法得到想要的結果。雖然這個乙個簡單的例子，但是在c++的**裡會經常發生。當堆上的記憶體使用malloc（或new）分配，然後使用free（或delete）釋放時，會出現類似的問題，但是您的**會嘗試使用指向該記憶體的指標執行某些操作。更現代的c ++使用raii和建構函式/析構函式，但它們無法完全避免「野指標」。

rust就可以不出現這種情況。我們試試吧：

fn foo() -> &i8
fn bar() -> i8

當你嘗試編譯這個程式時，你會得到乙個有意思的錯誤資訊：

rustc main.rs

error[e0106]: missing lifetime specifier

--> main.rs:1:13

|1 | fn foo() -> &i8 );

}for _ in

0..10

", numbers[0]);}}

在這個例子中，我們建立了乙個數字陣列(vector), 然後我們建立乙個channel，這是rust實現通道的方法，這將返回通道的兩個不同端：傳送端(tx)和接收端(rx)。spawn函式可以啟動乙個task。正如你在**中看到的那樣，我們在task中呼叫tx.send()，傳入vector，我們在外面呼叫rx.recv()。然後列印vector的第乙個元素。

rust在通過channel傳送前copy了資料，這樣即使它傳送的資料是可變的，由於每個執行緒有自己的乙份資料，就不會出現競爭。怎麼來證明這裡的物件copy了呢？我們修改一下**：

use std::thread;
use std::sync::mpsc;
fn main() );
}for _ in
0..10
", numbers);
}}

注意看紅字的部分，如果這個numbers是同乙份物件，那麼在累加之後列印的結果應該是一直遞增的數，如果是多份，那麼輸出的結果應該是從1到10

[2, 2, 3]

[1, 2, 3]

[4, 2, 3]

[5, 2, 3]

[3, 2, 3]

[6, 2, 3]

[9, 2, 3]

[10, 2, 3]

[8, 2, 3]

[7, 2, 3]

輸出結果可以證明channel傳輸的每個物件都是copy的。如果我們啟動了很多task，同時我們的資料又非常大，那麼為每個task都copy副本會使我們的記憶體使用量膨脹而沒有任何實際好處。

你可能注意到了：我們並沒有為每乙個執行緒建立乙個channel，tx物件和rx物件都只有乙個，為什麼可以給多執行緒使用。我們使用了tx.clone()獲得了tx的引用。（當我們需要一些型別可以讓我們擁有乙個值的多個有所有權的引用。我們使用rc，它是乙個引用計數型別用以提供共享的所有權。它有一些執行時記錄來跟蹤引用它的數量，也就是「引用計數」。呼叫rc的clone()為了解決這個問題，我們使用arc，rust 標準的原子引用計數型別。

arc是「原子引用計數」的縮寫，它是一種在多個task之間共享不可變資料的方法。我們也可以像tx物件那樣將上面的**改進為引用計數的形式：

use std::thread;
use std::sync::arc;
use std::sync::mpsc;
fn main() );
}for _ in
0..10
", local_arc);
}}

這時rust就不會copy物件了。這與我們之前的**非常相似，除了現在我們迴圈10次，啟動10個task，並在它們之間傳送乙個arc。 arc :: new建立乙個新的arc，.clone（）返回arc的新的引用。因此，我們為每個task建立乙個新的引用，將該引用傳送到通道，然後使用引用列印出乙個數字。現在我們不copy vector。

arc非常適合不可變資料，但可變資料呢？共享變數是併發程式的禍根，其實我們應該使用執行緒間通訊，能摒棄的都摒棄，如果你的變數是簡單競爭的，不想使用通訊，才考慮使用鎖。

您可以使用互斥鎖(mutex)來保護共享的可變狀態，**這樣修改：

use std::thread;
use std::sync::;
use std::sync::mpsc;
fn main() );
}for _ in
0..10
", local_arc);
}}

互斥鎖太簡單粗暴了，rust為共享可變狀態還提供了乙個工具：rwlock。讀寫鎖，它的特點是：同時允許多個讀，最多只能有乙個寫；讀和寫不能同時存在；

rwlock的api與mutex略有不同：有read和write方法允許您讀取和寫入資料。這兩個方法都將閉包作為引數，並且在寫入的情況下，rwlock將獲取互斥鎖，然後將資料傳遞給此閉包。閉包完成後，互斥鎖被釋放。

你可以看到rust在你不記得獲取鎖的情況下是不可能讓你改變共享變數的。我們獲得了共享可變狀態的便利，同時保持不允許共享可變狀態的安全性。

unsafe

雖然rust編譯器非常聰明，並且可以避免你通常犯的錯誤，但它不是人工智慧，我們比編譯器更聰明，在某些**場景中，我們需要打破這種安全檢查。為此，rust有乙個unsafe關鍵字。在乙個unsafe的**塊裡，rust關閉了許多安全檢查。如果您的程式出現問題，您只需要審核您在不安全範圍內所做的事情，而不是整個程式。

如果rust的主要目標之一是安全，為什麼要關閉安全？嗯，實際上只有三個主要原因：與外部**連線，例如將ffi寫入c庫；效能，（在某些情況下）圍繞通常不安全的操作提供安全抽象。我們的arcs就是後乙個目的的而使用unsafe關鍵字。

我們可以安全地分發對arc的多個引用，因為我們確信資料是不可變的，因此可以安全地共享。我們可以分發對rwarc的多個引用，因為我們知道我們已經將資料報裝在互斥鎖中，因此可以安全地共享。

但rust編譯器無法知道我們已經做出了這些處理，所以在arc/rwarc的實現中，我們使用unsafe的塊來做了（通常來說）一些危險的事情。但是我們暴露了乙個安全的介面，這意味著arc/rwarc不可能被錯誤地使用。

這就是rust的型別系統如何讓你不會犯一些使併發程式設計變得不可控的錯誤，同時也能獲得像c++等語言一樣的效率。

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