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代码案例 · 参考资料

Introduction |前言

当我们需要编写接近实时高性能，稳健，并有足够开发效率的大程序时，譬如数据库、交易系统、大型桌面应用等，往往会首先选择C或者C++。这种情况下我们往往有以下考量：

• 不需要自动垃圾回收(GC)，避免因为垃圾回收导致的程序中断，以及可能引发的错误或者麻烦。

• 有成熟完善的基础组件库，以保证开发效率。这一点正是C的不足，其虽然能保证高性能，但却需要重复造轮子；而C++虽然内置了标准库，但是其却缺乏统一、完善的包管理器。

• 零开销抽象(Zero Cost Abstraction)，我们希望有合适的抽象来保证开发效率、可读与可维护性，但是这种抽象必须是没有运行时开销的。因此我们需要静态强类型多范式语言，编译器能够尽早地发现问题，并且在编译阶段即能自动地进行性能优化；譬如C++中，编译器如果发现虚类(Virtual Class)没有真正被用到甚至会优化掉虚表(Virtual Table)。

借鉴 How Stylo Brought Rust and Servo to Firefox 一文中的阐述，Mozilla, Google, Apple,以及Microsoft等优秀公司开发的大型的C/C++应用中，错误与漏洞从未停止，我们需要的是一门安全、高效、可扩展的语言。作为新语言，Rust没有太多历史的包袱；但是Rust也并非一蹴而就，而是近30年的编程语言理论研究和实际软件工程的经验的集大成者：

• They borrowed Apple’s C++ compiler backend, which lets Rust match C++ in speed without reimplementing decades of platform-specific code generation optimizations.

• They leaned on the existing corpus of research languages, which contained droves of well-vetted ideas that nonetheless hadn’t been or couldn’t be integrated into C++.

• They included the unsafe keyword - an escape hatch which, for an explicit section of code, allows programmers to override the safety checks and do anything they might do in C++. This allowed people to start building real things in Rust without waiting for the language to grow idiomatic support for each and every use case.

• They built a convenient package ecosystem, allowing the out-of-the-box capabilities of Rust to grow while the core language and standard library remained small.

Rust是为工业应用而生，并不拘泥于遵循某个范式( Paradigm )，笔者认为其最核心的特性为Ownership与Lifetime；能够在没有GC与Runtime的情况下，防止近乎所有的段错误，并且保证线程安全(prevents nearly all segfaults, and guarantees thread safety )。Rust为每个引用与指针设置了Lifetime，对象则不允许在同一时间有两个和两个以上的可变引用，并且在编译阶段即进行了内存分配(栈或者堆)；Rust还提供了Closure等函数式编程语言的特性、编译时多态(Compile-time Polymorphism )、衍生的错误处理机制、灵活的模块系统等。从应用层面来看，Mozilla本身就是Web领域的执牛耳者，无论是使用Rust开发Node.js插件，还是 Rust默认支持WebAssembly，都能很好地弥补目前笔者在进行Web前端/ Electron客户端/ Node.js计算模块的一些性能缺失。

背景

任何一门新技术的兴起，都是为了解决一个问题。自操作系统诞生以来，系统级主流编程语言，从汇编语言到C++，已经发展了近50个年头，但依然存在两个难题：

很难编写内存安全的代码。

很难编写线程安全的代码。

这两个难题存在的本质原因是C/C++属于类型不安全的语言，它们薄弱的内存管理机制导致了很多常见的漏洞。其实20世纪80年代也出现过非常优秀的语言，比如Ada语言。Ada拥有诸多优秀的特性：可以在编译期进行类型检查、无GC式确定性内存管理、内置安全并发模型、无数据竞争、系统级硬实时编程等。但它的性能和同时期的C/C++相比确实是有差距的。那个时代计算资源匮乏，大家追求的是性能。所以，大家都宁愿牺牲安全性来换取性能。这也是C/C++得以普及的原因。

“Rust”这个名字包含了GH对这门语言的预期。在自然界有一种叫作锈菌（Rust Fungi）的真菌，这种真菌寄生于植物中，引发病害，而且号称“本世纪最可怕的生态病害”之一。这种真菌的生命力非常顽强，其在生命周期内可以产生多达5种孢子类型，这5种生命形态还可以相互转化，如果用软件术语来描述这种特性，那就是“鲁棒性超强”。可以回想一下Rust的Logo形状，像不像一个细菌？Logo上面有5个圆圈，也和锈菌这5种生命形态相对应，暗示Rust语言的鲁棒性也超强。Rust也有铁锈的意思，暗合裸金属之意，代表其系统级编程语言属性，有直接操作底层硬件的能力。此外Rust在字形组合上也糅合了Trust和Robust，暗示了信任与鲁棒性。

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