Rust — невероятно увлекательный язык, предлагающий неоспоримое преимущество: возможность создавать код с выдающейся производительностью во время выполнения, снимая при этом проблемы с управлением памятью, обычно связанные с C++. Это замечательно, учитывая, что проблемы с управлением памятью часто мешают значительной части наших программ.

Удивительным аспектом работы разработчика C++ является то, что мы, как правило, обладаем солидным опытом системного программирования. Этот опыт дает нам необходимую основу для более эффективного изучения Rust по сравнению с начинающими программистами.

Учитывая это, шаги, связанные с изучением Rust, обычно меньше для опытных разработчиков, таких как мы, благодаря нашим существующим знаниям и знакомству с концепциями низкоуровневого программирования. В этом введении мы сосредоточимся на анализе основных различий между C++ и Rust, уделяя особое внимание важным аспектам, необходимым для овладения Rust.

Следуя этим рекомендациям, можно эффективно использовать наш существующий опыт программирования для изучения этого захватывающего нового языка.

В этом введении представлен краткий обзор для программистов, которые хотят получить представление об этом новом инструменте. Однако, если у вас есть время и терпение, я настоятельно рекомендую углубиться в Rust, прочитав исчерпывающую книгу по Rust, доступную по адресу https://doc.rust-lang.org/book/.

Управление памятью

Одним из наиболее значительных преимуществ Rust является его сильная ориентация на безопасность памяти. Система владения Rust и проверка заимствования гарантируют, что ваш код свободен от распространенных ошибок, таких как разыменование нулевого указателя, гонки данных и утечки памяти. Применяя строгие правила во время компиляции, Rust гарантирует безопасность памяти без необходимости ручного управления памятью или сборки мусора.

Как разработчик C++, вы хорошо знакомы со сложностями ручного управления памятью и проблемами, с которыми оно связано. Прелесть Rust заключается в его подходе, который позволяет вам делегировать ответственность за управление памятью компилятору, не подвергаясь потерям производительности, часто связанным со сборкой мусора во время выполнения. Основные моменты, которые позволят это сделать:

Система собственности

Система владения Rust лежит в основе модели управления памятью. Каждое значение в Rust связано с переменной, которая называется его владельцем. Владелец отвечает за управление временем жизни значения. Когда владелец выходит из области видимости, Rust автоматически освобождает память, занятую значением.

Передача права собственности и передача

Вторым этапом управления памятью является передача прав собственности и передача, это означает, что право собственности на значение может быть передано или заимствовано. Передача права собственности происходит, когда значение присваивается другой переменной или передается в качестве аргумента функции. При передаче права собственности предыдущий владелец теряет доступ к значению. Это позволяет расширить область действия переменной, например, возвращая переменную из функции. В этом сценарии переменная продолжает существовать даже после завершения выполнения функции, что обеспечивает ее доступность за пределами области действия функции.

Заимствование, с другой стороны, допускает множественные ссылки (так называемые заимствования) на значение без передачи права собственности. Заимствование может быть как изменяемым, так и неизменяемым, и оно подчиняется строгим правилам, применяемым средством проверки заимствования во время компиляции, чтобы предотвратить гонки данных и проблемы с безопасностью памяти.

Сроки жизни

Концепция времени жизни поначалу может сбивать с толку, прежде всего потому, что время жизни на самом деле не продлевает жизнь переменной. Вместо этого существует время жизни, чтобы гарантировать, что ссылки всегда действительны, особенно в тех случаях, когда компилятор не может определить это автоматически без внешней информации.

Время жизни определяет область действия заимствования, что помогает предотвратить такие проблемы, как висячие ссылки или ошибки использования после освобождения. Средство проверки заимствования анализирует время жизни ссылок во время компиляции, обеспечивая ценную обратную связь и обеспечивая безопасность памяти. Встраивая в язык время жизни, Rust повышает надежность и стабильность программ, решая потенциальные проблемы, связанные с памятью, до того, как они возникнут.

Умные указатели

Иногда одного только использования заимствования и владения может быть недостаточно для реализации определенных решений. В таких случаях Rust предоставляет интеллектуальные указатели, такие как Box, Rc и Arc, для облегчения выделения и освобождения памяти. Box — это основной интеллектуальный указатель, который выделяет память в куче и автоматически освобождает ее, когда она выходит за пределы области видимости. Это обеспечивает эффективное управление памятью без необходимости ручного вмешательства.

Интеллектуальные указатели Rc (подсчет ссылок) и Arc (атомарный подсчет ссылок) специально разработаны для сценариев, связанных с общим владением. Они позволяют нескольким владельцам совместно использовать и ссылаться на значение, гарантируя, что оно остается действительным и доступным, пока есть хотя бы один активный владелец. Механизм подсчета ссылок позволяет освободить память после того, как все владельцы освободит свои ссылки.

Включив эти интеллектуальные указатели в свой код на Rust, вы сможете эффективно справляться со сложными сценариями управления памятью, включая совместное владение, без ущерба для безопасности памяти или появления утечек памяти.

Обработка ошибок

Обработка ошибок с помощью исключений действительно может быть сложной задачей в определенных сценариях, что приводит к проблемам и крайним случаям, с которыми может быть трудно справиться. Эти вопросы подробно обсуждались и анализировались в статье «Использование конструкций обработки исключений C++: всестороннее исследование».

В Rust для обработки ошибок используется другой подход. Rust использует тип Result для обработки ошибок, обеспечивая явную и всестороннюю обработку ошибок. При использовании типа Result ошибки не игнорируются и не распространяются автоматически; вместо этого они должны быть явно обработаны. Этот подход побуждает разработчиков рассматривать и устранять потенциальные сценарии ошибок, что приводит к созданию более надежного и надежного кода.

Благодаря использованию типа Result в Rust обработка пограничных случаев становится более систематической, а подверженные ошибкам сценарии рассматриваются заранее. Это приводит к меньшему количеству ошибок во время выполнения и улучшает общее поведение программы, особенно в производственных средах. Подход Rust к обработке ошибок способствует более безопасному коду и снижает вероятность неожиданных сбоев.

Выводы

В этой статье мы обсудили то, что я считаю двумя наиболее существенными различиями между этими двумя языками, а также основные барьеры для входа в язык Rust. Однако важно отметить, что эти различия не являются единственными определяющими факторами. В предстоящей второй статье этой серии мы углубимся в различия в синтаксисе и инструментах между двумя языками.

Это обеспечит более полное понимание различий и дальнейшую помощь в изучении и принятии Rust как мощного языка программирования. Следите за новостями в следующем выпуске, в котором мы углубимся в эти аспекты и раскроем больше информации об уникальном синтаксисе и экосистеме инструментов Rust.