Rust语言学习笔记

news2024/10/2 11:14:05

Rust 是一种系统编程语言，由 Mozilla 研究院于2010年开始开发，并在2015年首次发布了1.0版本。Rust 旨在提供与 C 和 C++ 类似的性能，同时解决这些语言中常见的内存安全问题。它通过所有权、生命周期和借用检查等概念来实现这一点，从而在编译时就能防止许多常见的错误，如空指针异常、数据竞争和缓冲区溢出。

Rust 的主要特点

内存安全性：
- 所有权系统：Rust 使用一套独特的所有权系统来管理内存。每个值都有一个所有者，当所有者离开作用域时，该值将被自动释放。
- 借用检查器：Rust 编译器通过借用检查器确保引用的生命周期是正确的，从而避免悬垂指针和其他内存安全问题。
并发性：
- Rust 的设计特别考虑了并发编程的安全性。它允许开发者编写没有数据竞争的并发代码，同时保持高性能。
零成本抽象：
- Rust 支持高级抽象，如泛型、函数式编程特性（如闭包）和模式匹配，但这些抽象不会带来运行时开销。
跨平台支持：
- Rust 可以编译成多种架构的机器码，包括 x86, x86-64, ARM 等，并且可以用于嵌入式系统。
包管理和构建工具：
- Rust 提供了一个强大的包管理系统 Cargo，它不仅管理依赖项，还提供了构建、测试和文档生成等功能。
社区和支持：
- Rust 拥有一个活跃且友好的社区，提供了大量的资源和库支持。

安装 Rust

要开始使用 Rust，你需要安装 Rust 工具链。以下是安装步骤：

访问 Rust 官方网站：https://www.rust-lang.org/
下载并安装 Rust：
- 打开终端或命令提示符。
- 运行以下命令来安装 Rust：
```
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
```
- 或者在 Windows 上，你可以从 Rust 安装页面下载安装程序。
验证安装：
- 安装完成后，打开一个新的终端窗口并运行：
```
rustc --version
```
- 你应该能看到类似 rustc 1.54.0 的版本号。

第一个 Rust 程序

让我们从一个经典的“Hello, World!”程序开始。

创建新项目：
- 在终端中运行以下命令来创建一个新的项目：
```
cargo new hello_world
cd hello_world
```
编辑源代码：
- 打开 src/main.rs 文件，你会看到以下内容：
```
fn main() {
    println!("Hello, world!");
}
```
运行程序：
- 在终端中运行以下命令来编译并运行程序：
```
cargo run
```
- 你应该会看到输出 Hello, world!。

基本语法

变量

使用 let 关键字声明变量。
默认情况下，变量是不可变的，可以使用 mut 关键字使其可变。

let x = 10; // 不可变变量
let mut y = 20; // 可变变量
y = 30;

数据类型

标量类型：整型 (i32, u32 等)、浮点型 (f32, f64)、布尔型 (bool) 和字符型 (char)。
复合类型：数组 ([T; N])、元组 ((T1, T2, T3, ...) ) 和结构体 (struct)。

let a: i32 = 10;
let b: f64 = 3.14;
let c: bool = true;
let d: char = 'A';

let arr: [i32; 3] = [1, 2, 3];
let tuple: (i32, f64, bool) = (1, 2.0, true);

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

let p = Point { x: 10, y: 20 };

控制结构

条件语句：if 和 else。
循环：loop、while 和 for。

let x = 10;

if x > 0 {
    println!("x is positive");
} else if x < 0 {
    println!("x is negative");
} else {
    println!("x is zero");
}

let mut i = 0;
while i < 5 {
    println!("{}", i);
    i += 1;
}

for j in 0..5 {
    println!("{}", j);
}

函数

使用 fn 关键字定义函数。
函数可以有参数和返回值。

fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

fn main() {
    let result = add(3, 4);
    println!("Result: {}", result); // 输出: Result: 7
}

所有权和借用

所有权

每个值都有一个所有者。
当所有者离开作用域时，该值将被释放。

{
    let s = String::from("hello"); // s 是字符串的所有者
} // s 离开作用域，字符串被释放

借用

使用引用 & 来借用值。
引用必须始终有效。

fn main() {
    let s = String::from("hello");

    let len = calculate_length(&s); // 借用 s 的引用

    println!("The length of '{}' is {}.", s, len);
}

fn calculate_length(s: &String) -> usize {
    s.len()
}

结构体和枚举

结构体

使用 struct 关键字定义结构体。
结构体可以包含字段。

struct Rectangle {
    width: u32,
    height: u32,
}

impl Rectangle {
    fn area(&self) -> u32 {
        self.width * self.height
    }
}

fn main() {
    let rect = Rectangle { width: 30, height: 50 };
    println!("Area: {}", rect.area()); // 输出: Area: 1500
}

枚举

使用 enum 关键字定义枚举。
枚举可以表示一组相关的值。

enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(i32, i32, i32),
}

fn main() {
    let msg = Message::Write(String::from("Hello, Rust!"));
    match msg {
        Message::Quit => println!("Quitting..."),
        Message::Move { x, y } => println!("Moving to ({}, {})", x, y),
        Message::Write(text) => println!("Writing: {}", text),
        Message::ChangeColor(r, g, b) => println!("Changing color to RGB({}, {}, {})", r, g, b),
    }
}