Rust语言速成

学习Rust最好的方式，就是拿它写个OS。 ——作者

Rust语言独具特色，然而学习曲线十分陡峭。在你享受到它为系统编程带来的好处之前，很可能直接被它编译器严格的检查机制所劝退。

为了帮助大家尽快地上手Rust，这里简要列出了我个人认为合理地学习顺序，供大家参考。这里我们假设读者已经具有一定C语言编程经验。

存活阶段

• 工具链基础使用方法

• Rust基础语法：

  • 变量、函数、数据类型、控制流

  • 数组、字符串、结构体、元组、枚举

• unsafe：指针操作

至此，你应该能够用Rust写等价的C代码了！

入门阶段

• Rust内存模型：从此告别SegmentFault

  • 可变性

  • 所有权，移动语义

  • 生命周期和借用

• Rust高级语法：现代语言特性

  • 模式匹配

  • 闭包/lambda表达式，函数式编程

• 面向对象：Better C with Class

  • 成员变量

  • 接口：Trait，Trait对象（动态分派）

  • 泛型（静态分派）

• 核心库：你要的轮子，都在这里

  • Option、Result、错误处理机制

  • 容器类：Vec、VecDeque、BTreeSet、BinaryHeap……

  • 迭代器、链式调用

  • 堆分配，智能指针：Box、Rc、Arc……

  • 消灭unsafe：运行时借用检查RefCell

  • 了解其它常用Trait

• 项目管理：工程化与模块化

  • 模块系统，文件层次

  • 包管理系统，项目配置文件Cargo.toml

至此，你应该开始体会到Rust为系统编程带来的便利了！

高级阶段

• 宏

• 反射

• 安全并发机制

• 与C语言互操作

• 内联汇编

Rust样例

这里给出一些需求的最简单实现。代码位于：RustSamples。

目前包括以下功能样例：

• Rust调用C

• C调用Rust

值得一提的特点

大量泛型

如果你阅读过一些Rust代码就会发现，泛型这一特性被广泛运用，频率高于其它任何一门常用语言。在C++中，泛型/模板是晦涩和强大的代名词，而在Rust中，它平凡而常见。

其实，Rust中的泛型大部分只是为了解决一个简单的需求——调用接口。

举个例子，我们要定义一个接口I，并在一个函数中使用它。在C++中，我们会使用基类指针：

abstract class I {
    int func();
}

int call_func(I* p) {
    return p->func();
}

在Rust中其实也有类似的事物——Trait对象：

trait I {
    fn func(&self) -> i32;
}

fn call_func(p: Box<I>) -> i32 {
    p.func()
}

但它并不常用。我们注意到p的类型是Box<I>，意味着传入对象必须是分配在堆上。如果把这里改成I，就会出现以下错误：

the trait bound I: std::marker::Sized is not satisfied [E0277] I does not have a constant size known at compile-time

Rust文档中也具体说明了Trait对象的使用条件——对象安全。

由于以上方法用起来有诸多不便，因此我们常用泛型实现接口调用：

// T是一个实现了trait I的类型
fn call_func<T: I>(p: T) -> i32 {
    p.func()
}

// 当<>中的内容比较多时，
// 也可以把泛型约束放在外面
fn call_func<T>(p: T) -> i32 
    where T: I 
{ p.func() }

其实用泛型的方法实现接口调用在C++中也可以实现，但由于目前C++缺乏泛型约束（C++20的标准：Concept），导致传入错误类型后编译器会吐出一堆垃圾。很少有人使用。

使用泛型相比基类指针还有一个好处：性能更好。使用基类指针调用接口函数时，需要在运行时查虚表，而用泛型就能在编译时确定最终类型，节省一次查表开销，编译器还能做更多内联优化。前者称为动态分派，后者称为静态分派。但如果对象类型只能在运行时确定，那就必须用前者了。

没有继承

Rust作为一个面向对象语言，竟然没有继承？！

是的！很多新兴的编程语言都逐渐抛弃了继承这一特性，比如和它相爱相杀的Go。

回忆OOP里面诸多的设计原则，其中有一条就是：使用组合代替继承。其原因就是我们总会继承一些多余的东西，造成类间高度的耦合性。最早的C++最复杂，之后的Java做了一些简化（抽象出接口，只允许单继承），不过还不够彻底。到了Rust这代语言，继承被彻底抛弃，只保留了接口。

不过，Rust也提供了一个代替方案：Deref特性。使用方法是把“父类”当作“子类”的一个内部变量，Deref提供了一个语法糖来自动使用其“父类”的成员。

关于OOP和继承的讨论，推荐阅读这篇知乎回答，以及Rust文档中的继承。

参考资料

• Rust程序设计语言 中文版

• Rust官方文档库