Rust 是一門現代系統編程語言，自2015年正式發佈以來，以其卓越的內存安全特性和高性能表現迅速獲得了開發者的青睞。
最近也在朋友的推薦下進行了解和學習，本文將全面介紹 Rust 的基礎知識、以及瞭解下常見的應用場景和開發工具。
目錄
- 引言：Rust語言概述
- 基礎語法
- 變量與數據類型
- 函數與控制流
- 核心概念：所有權與生命週期
- 所有權規則
- 借用與引用
- 生命週期註解
- Rust應用場景
- 系統編程
- Web 開發
- 網絡服務
- 命令行工具
- 遊戲開發
- 開發工具與環境配置
- 安裝 Rust
- Cargo 使用指南
- IDE 與調試工具
- 總結
- 文章推薦
引言：Rust語言概述
Rust 由 Mozilla 研究院於2006年啓動開發，旨在創建一門既能提供 C++ 級別性能，又能保證內存安全的系統編程語言。其核心設計理念圍繞"零成本抽象"和"內存安全 without 垃圾回收"展開。
Rust核心特性
- 內存安全：通過獨特的所有權系統在編譯時防止內存錯誤
- 併發安全：所有權系統和類型系統共同保障線程安全
- 高性能：無運行時和垃圾回收，性能可與 C/C++ 媲美
- 零成本抽象：高級語言特性不會帶來運行時開銷
Rust與其他語言的對比
基礎語法
變量與數據類型
變量和可變性
fn main() {
// 默認不可變
let x = 5;
// x = 6; // 這會導致編譯錯誤
// 使用 mut 關鍵字聲明可變變量
let mut y = 10;
y = 15; // 這是允許的
// 常量
const MAX_POINTS: u32 = 100_000;
// 隱藏（shadowing）
let spaces = " ";
let spaces = spaces.len(); // 允許重新綁定到不同類型的值
}如果直接給let x進行二次賦值，那麼會提示如下報錯：
可變性正確設置，使用關鍵詞mut，如下：
fn main() {
// 使用 mut 關鍵字聲明可變變量
let mut y = 10;
y = 15; // 這是允許的
println!("y的值二次賦值後={}",y)
}
數據類型
Rust 是靜態類型語言，在編譯時必須知道所有變量的類型。
標量類型
fn scalar_types() {
// 整數類型
let decimal = 98_222;
let hex = 0xff;
let byte = b'A';
// 浮點類型
let x = 2.0; // f64
let y: f32 = 3.0; // f32
// 布爾類型
let t = true;
let f: bool = false;
// 字符類型
let c = 'z';
let emoji = '😊';
}複合類型
fn compound_types() {
// 元組
let tup: (i32, f64, u8) = (500, 6.4, 1);
let (x, y, z) = tup; // 解構
let five_hundred = tup.0;
// 數組
let a = [1, 2, 3, 4, 5];
let first = a[0];
let months = ["January", "February", "March"];
}函數與控制流
函數
// 函數定義
fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
x + y // 注意沒有分號，這是表達式
}
fn main() {
let result = add(5, 3);
println!("5 + 3 = {}", result);
// 函數指針
let func: fn(i32, i32) -> i32 = add;
println!("通過函數指針調用: {}", func(2, 3));
}
控制流
fn main() {
control_flow()
}
fn control_flow() {
let number = 6;
// if 表達式
if number % 4 == 0 {
println!("number is divisible by 4");
} else if number % 3 == 0 {
println!("number is divisible by 3");
} else {
println!("number is not divisible by 4 or 3");
}
// 在 let 語句中使用 if
let condition = true;
let number = if condition { 5 } else { 6 };
// 循環
let mut counter = 0;
let result = loop {
counter += 1;
if counter == 10 {
break counter * 2;
}
};
// while 循環
let mut number = 3;
while number != 0 {
println!("{}!", number);
number -= 1;
}
// for 循環遍歷集合
let a = [10, 20, 30, 40, 50];
for element in a.iter() {
println!("the value is: {}", element);
}
}
核心概念：所有權與生命週期
所有權規則
- Rust 中的每一個值都有一個被稱為其所有者的變量
- 值在任一時刻有且只有一個所有者
- 當所有者離開作用域，這個值將被丟棄
移動（Move）語義
fn main() {
ownership_demo()
}
fn ownership_demo() {
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1; // s1 的所有權移動到 s2
// println!("{}", s1); // 錯誤！s1 不再有效
// 克隆（深拷貝）
let s3 = s2.clone();
println!("s2 = {}, s3 = {}", s2, s3);
}
借用與引用
借用（Borrowing）
fn borrowing_demo() {
let s1 = String::from("hello");
// 不可變借用
let len = calculate_length(&s1);
println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);
// 可變借用
let mut s2 = String::from("hello");
change(&mut s2);
println!("After change: {}", s2);
}
fn calculate_length(s: &String) -> usize {
s.len()
}
fn change(s: &mut String) {
s.push_str(", world");
}
生命週期註解
生命週期
fn main() {
borrowing_demo()
}
fn lifetime_demo() {
let string1 = String::from("long string is long");
let result;
{
let string2 = String::from("xyz");
result = longest(string1.as_str(), string2.as_str());
println!("The longest string is {}", result);
}
// 這裏不能再使用 result，因為 string2 已經離開作用域
}
// 生命週期註解
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
if x.len() > y.len() {
x
} else {
y
}
}Rust應用場景
系統編程
Rust 非常適合操作系統、設備驅動、嵌入式系統等底層開發：
// 簡單的內存分配器示例
use std::alloc::{GlobalAlloc, Layout, System};
struct MyAllocator;
unsafe impl GlobalAlloc for MyAllocator {
unsafe fn alloc(&self, layout: Layout) -> *mut u8 {
System.alloc(layout)
}
unsafe fn dealloc(&self, ptr: *mut u8, layout: Layout) {
System.dealloc(ptr, layout)
}
}
#[global_allocator]
static GLOBAL: MyAllocator = MyAllocator;Web 開發
使用 Rust 構建高性能 Web 後端：
// 使用 Actix-web 框架的簡單示例
use actix_web::{get, post, web, App, HttpResponse, HttpServer, Responder};
#[get("/")]
async fn hello() -> impl Responder {
HttpResponse::Ok().body("Hello world!")
}
#[post("/echo")]
async fn echo(req_body: String) -> impl Responder {
HttpResponse::Ok().body(req_body)
}
#[actix_web::main]
async fn main() -> std::io::Result<()> {
HttpServer::new(|| {
App::new()
.service(hello)
.service(echo)
})
.bind("127.0.0.1:8080")?
.run()
.await
}網絡服務
構建高性能網絡應用：
// 使用 Tokio 的異步 TCP 服務器
use tokio::io::{AsyncReadExt, AsyncWriteExt};
use tokio::net::TcpListener;
#[tokio::main]
async fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:8080").await?;
loop {
let (mut socket, _) = listener.accept().await?;
tokio::spawn(async move {
let mut buf = [0; 1024];
// 讀取客户端數據
let n = match socket.read(&mut buf).await {
Ok(n) if n == 0 => return,
Ok(n) => n,
Err(e) => {
eprintln!("failed to read from socket; err = {:?}", e);
return;
}
};
// 回傳數據
if let Err(e) = socket.write_all(&buf[0..n]).await {
eprintln!("failed to write to socket; err = {:?}", e);
}
});
}
}命令行工具
Rust 非常適合開發命令行工具：
use std::fs;
use std::io;
use clap::Parser;
/// 簡單的文件信息工具
#[derive(Parser)]
#[command(version, about, long_about = None)]
struct Cli {
/// 要檢查的文件路徑
path: std::path::PathBuf,
}
fn main() -> io::Result<()> {
let args = Cli::parse();
let metadata = fs::metadata(&args.path)?;
println!("文件: {}", args.path.display());
println!("大小: {} 字節", metadata.len());
println!("類型: {}", if metadata.is_dir() { "目錄" } else { "文件" });
Ok(())
}遊戲開發
使用 Rust 進行遊戲開發：
// 使用 Bevy 遊戲引擎的簡單示例
use bevy::prelude::*;
fn main() {
App::new()
.add_plugins(DefaultPlugins)
.add_systems(Startup, setup)
.add_systems(Update, (move_sprite, print_position))
.run();
}
#[derive(Component)]
struct Player;
fn setup(mut commands: Commands, asset_server: Res<AssetServer>) {
commands.spawn(Camera2dBundle::default());
commands.spawn((
SpriteBundle {
texture: asset_server.load("player.png"),
transform: Transform::from_xyz(0., 0., 0.),
..default()
},
Player,
));
}
fn move_sprite(
keyboard_input: Res<Input<KeyCode>>,
mut query: Query<&mut Transform, With<Player>>,
) {
for mut transform in &mut query {
if keyboard_input.pressed(KeyCode::Left) {
transform.translation.x -= 2.0;
}
if keyboard_input.pressed(KeyCode::Right) {
transform.translation.x += 2.0;
}
}
}
fn print_position(query: Query<&Transform, With<Player>>) {
for transform in &query {
println!("Player position: {}", transform.translation);
}
}開發工具與環境配置
安裝 Rust
下載地址：https://rust-lang.org/tools/install/ 如果是windows系統，那麼可以直接下載exe文件安裝。
如果是linux相關的系統可以使用 Rustup 工具鏈管理器：
# 安裝 Rustup
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
# 更新 Rust
rustup update
# 檢查安裝
rustc --version
cargo --version常用開發工具
- rust-analyzer: 現代 Language Server Protocol 實現，提供代碼補全、錯誤檢查等功能
- Clippy: Rust linting 工具，幫助編寫符合習慣的 Rust 代碼
- rustfmt: 代碼格式化工具
Cargo 使用指南
創建新項目
cargo new my_project
cd my_projectCargo.toml 文件結構
[package]
name = "my_project"
version = "0.1.0"
edition = "2021"
[dependencies]
serde = "1.0"
tokio = { version = "1.0", features = ["full"] }
[dev-dependencies]
assert_eq = "0.1.0"常用 Cargo 命令
# 構建項目
cargo build
# 構建並運行
cargo run
# 運行測試
cargo test
# 生成文檔
cargo doc --open
# 檢查代碼（不生成二進制文件）
cargo check
# 發佈構建
cargo build --releaseIDE 與調試工具
VS Code 配置
博主由於是windows操作系統，所以直接下載exe，運行後，會彈出詢問，輸入y後，會再次詢問，回車就是默認安裝。
安裝完畢之後，最好關閉VS後再打開，再查看版本是否已經安裝成功，如果出現版本號，那麼就是安裝成功。
安裝以下擴展：
- rust-analyzer - 官方語言服務器
- Better TOML - TOML 文件支持
- crates - 依賴版本檢查
Visual C++ 構建工具
下載地址：https://visualstudio.microsoft.com/zh-hans/visual-cpp-build-tools/
運行文件，vs_BuildTools.exe
JetBrains CLion / IntelliJ IDEA
安裝 Rust 插件獲得完整的 IDE 支持，包括：
- 智能代碼補全
- 重構工具
- 調試器集成
調試器
# 使用 GDB 或 LLDB 調試 Rust 程序
cargo build
gdb target/debug/my_project
# 或者使用 Rust 專用的調試工具
cargo install cargo-lldb
cargo lldb性能分析
# 使用 perf（Linux）
perf record ./target/release/my_project
perf report
# 使用 flamegraph
cargo install flamegraph
cargo flamegraph測試框架
Rust 內置了強大的測試框架：
// 單元測試
#[cfg(test)]
mod tests {
use super::*;
#[test]
fn test_add() {
assert_eq!(add(2, 2), 4);
}
#[test]
#[should_panic]
fn test_failure() {
panic!("This test should fail");
}
// 集成測試（在 tests/ 目錄中）
// 基準測試（使用 criterion 等外部庫）
}總結
Rust 作為一門現代系統編程語言，通過其獨特的所有權系統和強大的類型系統，在保證內存安全和併發安全的同時，提供了與 C/C++ 相媲美的性能。無論是系統編程、Web 開發、網絡服務還是嵌入式開發，Rust 都能提供出色的解決方案。
隨着 Rust 生態系統的不斷成熟和社區的持續壯大，學習 Rust 不僅能夠幫助我們編寫更安全、更高效的代碼，還能讓我們掌握現代編程語言設計的先進理念。開始我們的 Rust 之旅，探索這門令人興奮的語言帶來的無限可能吧！