编程语言半小时入门Rust

【金融特辑】光大银行科技部DBA女神带你从0到1揭秘MGR

据说很多开发者一天入门 Python，两天上手 Go，但到了 Rust 就会发现画风隐约有些不对。它从语法到特性，似乎都要复杂一些。本文介绍的就是 Rust，作者表示，通过解析大量代码，「半个小时」就能入门 Rust。

Rust 是一门系统编程语言，专注于安全，尤其是并发安全。它支持函数式和命令式以及泛型等编程范式的多范式语言，且 TensorFlow 等深度学习框架也把它作为一个优秀的前端语言。

Rust 在语法上和 C、C++类似，都由花括弧限定代码块，并有相同的控制流关键字，但 Rust 设计者想要在保证性能的同时提供更好的内存安全。Rust 自 2016 年就已经开源了，在各种开发者调查中，它也总能获得「最受欢迎的语言」这一称赞，目前该开源项目已有 42.9K 的 Star 量。

机器之心的读者大多数都非常熟悉 Python，而 Rust 就没那么熟悉了。在 Amos 最近的一篇博文中，他表示如果阅读他的作品，我们半个小时就能入门 Rust。因此在这篇文章中，我们将介绍该博文的主要内容，它并不关注于 1 个或几个关键概念，相反它希望通过代码块纵览 Rust 的各种特性，包括各种关键词与符号的意义。

在 HackNews 上，很多开发者表示这一份入门教程非常实用，Rust 的入门门槛本来就比较高，如果再介绍各种复杂的概念与特性，很容易出现「从入门到劝退」。因此这种从实例代码出发的教程，非常有意义。

从变量说起

let 能绑定变量：

1. let x; // declare "x" 
2.  
3. x = 42; // assign 42 to "x" 
4.  
5. let x = 42; // combined in one line 

可以使用 ：来制定变量的数据类型，以及数据类型注释：

1. let x: i32; // `i32` is a signed 32-bit integer 
2.  
3. x = 42; 
4.  
5. // there's i8, i16, i32, i64, i128 
6.  
7. // also u8, u16, u32, u64, u128 for unsigned 
8.  
9. let x: i32 = 42; // combined in one line 

如果你声明一个变量并在初始化之前就调用它，编译器会报错：

1. let x; 
2.  
3. foobar(x); // error: borrow of possibly-uninitialized variable: `x` 
4.  
5. x = 42; 

然而，这样做完全没问题：

1. let x; 
2.  
3. x = 42; 
4.  
5. foobar(x); // the type of `x` will be inferred from here 

下划线表示特殊的命名，或者更确切地说是「缺失的命名」，它和 Python 的用法有点像：

1. // this does *nothing* because 42 is a constant 
2.  
3. let _ = 42; 
4.  
5. // this calls `get_thing` but throws away its result 
6.  
7. let _ = get_thing(); 

以下划线开头的命名是常规命名，只是编译器不会警告它们未被使用：

1. // we may use `_x` eventually, but our code is a work-in-progress 
2.  
3. // and we just wanted to get rid of a compiler warning for now. 
4.  
5. let _x = 42; 

相同命名的单独绑定是可行的，第一次绑定的变量会取消：

1. let x = 13; 
2.  
3. let x = x + 3; 
4.  
5. // using `x` after that line only refers to the second `x`, 
6.  
7. // the first `x` no longer exists. 

Rust 有元组类型，可以将其看作是「不同数据类型值的定长集合」。

1. let pair = ('a', 17); 
2.  
3. pair.0; // this is 'a' 
4.  
5. pair.1; // this is 17 

如果真的想配置 pair 的数据类型，可以这么写：

1. let pair: (char, i32) = ('a', 17); 

元组在赋值时可以被拆解，这意味着它们被分解成各个字段：

1. let (some_char, some_int) = ('a', 17); 
2.  
3. // now, `some_char` is 'a', and `some_int` is 17 

当一个函数返还一个元组时会非常有用：

1. let (left, right) = slice.split_at(middle); 

当然，在解构一个元组时，可以只分离它的一部分：

1. let (_, right) = slice.split_at(middle); 

分号表示语句的结尾：

1. let x = 3; 
2.  
3. let y = 5; 
4.  
5. let z = y + x; 

不加分号意味着语句可以跨多行：

1. let x = vec![1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8] 
2.  
3. .iter() 
4.  
5. .map(|x| x + 3) 
6.  
7. .fold(0, |x, y| x + y); 

函数来了

fn 声明一个函数。下面是一个空函数：

1. fn greet() { 
2.  
3. println!("Hi there!"); 
4.  
5. } 

这是一个返还 32 位带符号整数值的函数。箭头表示返还类型：

1. fn fair_dice_roll() -> i32 { 
2.  
3. 4 
4.  
5. } 

花括号表示了一个代码块，且拥有其自己的作用域：

1. // This prints "in", then "out" 
2.  
3. fn main() { 
4.  
5. let x = "out"; 
6.  
7. { 
8.  
9. // this is a different `x` 
10.  
11. let x = "in"; 
12.  
13. println!(x); 
14.  
15. } 
16.  
17. println!(x); 
18.  
19. } 

代码块也是表示式，表示其计算为一个值。

1. // this: 
2.  
3. let x = 42; 
4.  
5. // is equivalent to this: 
6.  
7. let x = { 42 }; 

在一个代码块中，可以有多个语句：

1. let x = { 
2.  
3. let y = 1; // first statement 
4.  
5. let z = 2; // second statement 
6.  
7. y + z // this is the *tail* - what the whole block will evaluate to 
8.  
9. }; 

这也是为什么「省略函数末尾的分号」等同于加上了 Retrun，这些都是等价的：

1. fn fair_dice_roll() -> i32 { 
2.  
3. return 4; 
4.  
5. } 
6.  
7. fn fair_dice_roll() -> i32 { 
8.  
9. 4 
10.  
11. } 

if 条件语句也是表达式：

1. fn fair_dice_roll() -> i32 { 
2.  
3. if feeling_lucky { 
4.  
5. 6 
6.  
7. } else { 
8.  
9. 4 
10.  
11. } 
12.  
13. } 

match 匹配器也是一个表达式：

1. fn fair_dice_roll() -> i32 { 
2.  
3. match feeling_lucky { 
4.  
5. true => 6, 
6.  
7. false => 4, 
8.  
9. } 
10.  
11. } 

Dots 通常用于访问某个对象的字段：

1. let a = (10, 20); 
2.  
3. a.0; // this is 10 
4.  
5. let amos = get_some_struct(); 
6.  
7. amos.nickname; // this is "fasterthanlime" 

或者调用对象的方法：

1. let nick = "fasterthanlime"; 
2.  
3. nick.len(); // this is 14 

双冒号与此类似，但可对命名空间进行操作。在此举例中，std 是一个 crate (~ a library)，cmp 是一个 module(~ a source file)，以及 min 是个函数：

1. let least = std::cmp::min(3, 8); // this is 3 

use 指令可用于从其他命名空间中「引入范围」命名：

1. use std::cmp::min; 
2.  
3. let least = min(7, 1); // this is 1 

在 use 指令中，花括号还有另一个含义：「globs」，因此可以同时导入 min 以及 max：

1. // this works: 
2.  
3. use std::cmp::min; 
4.  
5. use std::cmp::max; 
6.  
7. // this also works: 
8.  
9. use std::cmp::{min, max}; 
10.  
11. // this also works! 
12.  
13. use std::{cmp::min, cmp::max}; 

通配符（*）允许从命名空间导入符号：

1. // this brings `min` and `max` in scope, and many other things 
2.  
3. use std::cmp::*; 

Types 也是命名空间和方法，它可以作为常规函数调用：

1. let x = "amos".len(); // this is 4 
2.  
3. let x = str::len("amos"); // this is also 4 

str 是一个基元数据类型，但在默认情况下，许多非基元数据类型也在作用域中。

1. // `Vec` is a regular struct, not a primitive type 
2.  
3. let v = Vec::new(); 
4.  
5. // this is exactly the same code, but with the *full* path to `Vec` 
6.  
7. let v = std::vec::Vec::new() 

至于为什么可行，因为 Rust 在每个模块的开头都插入了：

1. use std::prelude::v1::*; 

再说说结构体

使用 struct 关键字声明结构体：

1. struct Vec2 { 
2.  
3. x: f64, // 64-bit floating point, aka "double precision" 
4.  
5. y: f64, 
6.  
7. } 

可以使用结构语句初始化：

1. let v1 = Vec2 { x: 1.0, y: 3.0 }; 
2.  
3. let v2 = Vec2 { y: 2.0, x: 4.0 }; 
4.  
5. // the order does not matter, only the names do 

有一个快捷方式可以从另一个结构体初始化本结构体的其余字段：

1. let v3 = Vec2 { 
2.  
3. x: 14.0, 
4.  
5. ..v2 
6.  
7. }; 

这就是所谓的「结构体更新语法」只能发生在最后一个位置，不能在其后面再跟一个逗号。

注意其余字段可以表示所有字段：

1. let v4 = Vec2 { ..v3 }; 

结构体与元组一样，可以被解构。例如一个有效的 let 模式：

1. let (left, right) = slice.split_at(middle); 
2.  
3. let v = Vec2 { x: 3.0, y: 6.0 }; 
4.  
5. let Vec2 { x, y } = v; 
6.  
7. // `x` is now 3.0, `y` is now `6.0` 
8.  
9. let Vec2 { x, .. } = v; 
10.  
11. // this throws away `v.y` 

让 let 模式在 if 里可以作为条件：

1. struct Number { 
2.  
3. odd: bool, 
4.  
5. value: i32, 
6.  
7. } 
8.  
9. fn main() { 
10.  
11. let one = Number { odd: true, value: 1 }; 
12.  
13. let two = Number { odd: false, value: 2 }; 
14.  
15. print_number(one); 
16.  
17. print_number(two); 
18.  
19. } 
20.  
21. fn print_number(n: Number) { 
22.  
23. if let Number { odd: true, value } = n { 
24.  
25. println!("Odd number: {}", value); 
26.  
27. } else if let Number { odd: false, value } = n { 
28.  
29. println!("Even number: {}", value); 
30.  
31. } 
32.  
33. } 
34.  
35. // this prints: 
36.  
37. // Odd number: 1 
38.  
39. // Even number: 2 

多分支的 match 也是条件模式，就像 if let：

1. fn print_number(n: Number) { 
2.  
3. match n { 
4.  
5. Number { odd: true, value } => println!("Odd number: {}", value), 
6.  
7. Number { odd: false, value } => println!("Even number: {}", value), 
8.  
9. } 
10.  
11. } 
12.  
13. // this prints the same as before 

match 必须是囊括所有情况的的：至少需要匹配一个条件分支。

1. fn print_number(n: Number) { 
2.  
3. match n { 
4.  
5. Number { value: 1, .. } => println!("One"), 
6.  
7. Number { value: 2, .. } => println!("Two"), 
8.  
9. Number { value, .. } => println!("{}", value), 
10.  
11. // if that last arm didn't exist, we would get a compile-time error 
12.  
13. } 
14.  
15. } 

如果非常难实现，_ 那么可以作用一个“包罗万象”的模式：

1. fn print_number(n: Number) { 
2.  
3. match n.value { 
4.  
5. 1 => println!("One"), 
6.  
7. 2 => println!("Two"), 
8.  
9. _ => println!("{}", n.value), 
10.  
11. } 
12.  
13. } 

Type 别名

我们可以使用 type 关键字声明另一类型的别名，然后就可以像使用一个真正的类型一样使用这种类型。例如定义 Name 这种数据类型为字符串，后面就可以直接使用 Name 这种类型了。

你可以在方法中声明不同的数据类型：

1. struct Number { 
2.  
3. odd: bool, 
4.  
5. value: i32, 
6.  
7. } 
8.  
9. impl Number { 
10.  
11. fn is_strictly_positive(self) -> bool { 
12.  
13. self.value > 0 
14.  
15. } 
16.  
17. } 

然后就如同往常那样使用：

1. fn main() { 
2.  
3. let minus_two = Number { 
4.  
5. odd: false, 
6.  
7. value: -2, 
8.  
9. }; 
10.  
11. println!("positive? {}", minus_two.is_strictly_positive()); 
12.  
13. // this prints "positive? false" 
14.  
15. } 

默认情况下，声明变量后它就就是不可变的，如下 odd 不能被重新赋值：

1. fn main() { 
2.  
3. let n = Number { 
4.  
5. odd: true, 
6.  
7. value: 17, 
8.  
9. }; 
10.  
11. n.odd = false; // error: cannot assign to `n.odd`, 
12.  
13. // as `n` is not declared to be mutable 
14.  
15. } 

不可变的变量声明，其内部也是不可变的，它也不能重新分配值：

1. fn main() { 
2.  
3. let n = Number { 
4.  
5. odd: true, 
6.  
7. value: 17, 
8.  
9. }; 
10.  
11. n = Number { 
12.  
13. odd: false, 
14.  
15. value: 22, 
16.  
17. }; // error: cannot assign twice to immutable variable `n` 
18.  
19. } 

mut 可以使变量声明变为可变的：

1. fn main() { 
2.  
3. let mut n = Number { 
4.  
5. odd: true, 
6.  
7. value: 17, 
8.  
9. } 
10.  
11. n.value = 19; // all good 
12.  
13. } 

Traits 描述的是多种数据类型的共同点：

1. trait Signed { 
2.  
3. fn is_strictly_negative(self) -> bool; 
4.  
5. } 

我们可以在我们定义的 Type 类型中定义 Traits：

1. impl Signed for Number { 
2.  
3. fn is_strictly_negative(self) -> bool { 
4.  
5. self.value < 0 
6.  
7. } 
8.  
9. } 
10.  
11. fn main() { 
12.  
13. let n = Number { odd: false, value: -44 }; 
14.  
15. println!("{}", n.is_strictly_negative()); // prints "true" 
16.  
17. } 

外部类型（foreign type）中定义的 Trait：

1. impl Signed for i32 { 
2.  
3. fn is_strictly_negative(self) -> bool { 
4.  
5. self < 0 
6.  
7. } 
8.  
9. } 
10.  
11. fn main() { 
12.  
13. let n: i32 = -44; 
14.  
15. println!("{}", n.is_strictly_negative()); // prints "true" 
16.  
17. } 

impl 模块通常会带有一个 Type 类型，所以在模块内，Self 就表示该类型：

1. impl std::ops::Neg for Number { 
2.  
3. type Output = Self; 
4.  
5. fn neg(self) -> Self { 
6.  
7. Self { 
8.  
9. value: -self.value, 
10.  
11. odd: self.odd, 
12.  
13. } 
14.  
15. } 
16.  
17. } 

有一些traits只是作为标记，它们并不是说 Type 类型实现了某些方法，它只是表明某些东西能通过Type类型完成。例如，i32 实现了Copy，那么以下代码就是可行的：

1. fn main() { 
2.  
3. let a: i32 = 15; 
4.  
5. let b = a; // `a` is copied 
6.  
7. let c = a; // `a` is copied again 
8.  
9. } 

下面的代码也是能运行的：

1. fn print_i32(x: i32) { 
2.  
3. println!("x = {}", x); 
4.  
5. } 
6.  
7. fn main() { 
8.  
9. let a: i32 = 15; 
10.  
11. print_i32(a); // `a` is copied 
12.  
13. print_i32(a); // `a` is copied again 
14.  
15. } 

但是 Number 的结构体并不能用于 Copy，所以下面的代码会报错：

1. fn main() { 
2.  
3. let n = Number { odd: true, value: 51 }; 
4.  
5. let m = n; // `n` is moved into `m` 
6.  
7. let o = n; // error: use of moved value: `n` 
8.  
9. } 

同样下面的代码也不会 Work：

1. fn print_number(n: Number) { 
2.  
3. println!("{} number {}", if n.odd { "odd" } else { "even" }, n.value); 
4.  
5. } 
6.  
7. fn main() { 
8.  
9. let n = Number { odd: true, value: 51 }; 
10.  
11. print_number(n); // `n` is moved 
12.  
13. print_number(n); // error: use of moved value: `n` 
14.  
15. } 

但是如果print_number有一个不可变reference，那么 Copy 就是可行的：

1. fn print_number(n: &Number) { 
2.  
3. println!("{} number {}", if n.odd { "odd" } else { "even" }, n.value); 
4.  
5. } 
6.  
7. fn main() { 
8.  
9. let n = Number { odd: true, value: 51 }; 
10.  
11. print_number(&n); // `n` is borrowed for the time of the call 
12.  
13. print_number(&n); // `n` is borrowed again 
14.  
15. } 

如果函数采用了可变reference，那也是可行的，只不过需要在变量声明中带上 mut。

1. fn invert(n: &mut Number) { 
2.  
3. n.value = -n.value; 
4.  
5. } 
6.  
7. fn print_number(n: &Number) { 
8.  
9. println!("{} number {}", if n.odd { "odd" } else { "even" }, n.value); 
10.  
11. } 
12.  
13. fn main() { 
14.  
15. // this time, `n` is mutable 
16.  
17. let mut n = Number { odd: true, value: 51 }; 
18.  
19. print_number(&n); 
20.  
21. invert(&mut n); // `n is borrowed mutably - everything is explicit 
22.  
23. print_number(&n); 
24.  
25. } 

Copy 这类标记型的traits并不带有方法：

1. // note: `Copy` requires that `Clone` is implemented too 
2.  
3. impl std::clone::Clone for Number { 
4.  
5. fn clone(&self) -> Self { 
6.  
7. Self { ..*self } 
8.  
9. } 
10.  
11. } 
12.  
13. impl std::marker::Copy for Number {} 

现在 Clone 仍然可以用于：

1. fn main() { 
2.  
3. let n = Number { odd: true, value: 51 }; 
4.  
5. let m = n.clone(); 
6.  
7. let o = n.clone(); 
8.  
9. } 

但是Number的值将不会再移除：

1. fn main() { 
2.  
3. let n = Number { odd: true, value: 51 }; 
4.  
5. let m = n; // `m` is a copy of `n` 
6.  
7. let o = n; // same. `n` is neither moved nor borrowed. 
8.  
9. } 

有一些traits很常见，它们可以通过使用derive 属性自动实现：

1. #[derive(Clone, Copy)] 
2.  
3. struct Number { 
4.  
5. odd: bool, 
6.  
7. value: i32, 
8.  
9. } 
10.  
11. // this expands to `impl Clone for Number` and `impl Copy for Number` blocks. 

看上去，整篇教程都在使用大量代码解释 Rust 的各种语句与用法。可能我们会感觉博客结构不是太明确，但是实例驱动的代码学习确实更加高效。尤其是对于那些有一些编程基础的同学，他们可以快速抓住 Rust 语言的特点与逻辑。

最后，这篇文章并没有展示博客所有的内容，如果读者想真正入门 Rust 语言，推荐可以查阅原博客。

 高级语言的出现使得计算机程序设计语言不再过度地依赖某种特定的机器或环境。这是因为高级语言在不同的平台上会被编译成不同的机器语言，而不是直接被机器执行。最早出现的编程语言之一FORTRAN的一个主要目标，就是实现平台独立。