Rust 开发者指南

1. 知识大纲

基础语法

Rust 使用 let 声明变量，默认不可变，可用 mut 使其可变。
常见类型：整数、浮点数、布尔、字符、元组、数组、切片。
函数用 fn 定义，控制流包括 if/else、loop、while、for。

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

所有权系统

• 每个值有唯一所有者。
• 变量离开作用域时释放内存。
• 默认赋值是移动（move），标量是复制（copy）。
• .clone() 进行深拷贝。

借用与生命周期

• &T（不可变引用），&mut T（可变引用）。
• 同一时间：多个不可变引用 或 一个可变引用。
• 生命周期 'a 用于标注引用的有效性。

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() { x } else { y }
}

模块与包管理

• 模块：mod。
• 包（crate）：基本编译单元。
• Cargo 管理依赖和构建（cargo build、cargo run）。

Trait 与泛型

trait Greet { fn greet(&self); }
struct Person { name: String }
impl Greet for Person {
    fn greet(&self) { println!("Hello, {}!", self.name); }
}

• Trait 类似接口。
• 泛型允许编写与类型无关的函数。
• 关联类型简化泛型接口（如 Iterator::Item）。

错误处理

• 可恢复错误：Result<T,E>。
• 不可恢复错误：panic!。
• ? 运算符简化错误传播。

模式匹配

enum Direction { North, East, South, West }
fn turn_left(d: Direction) -> Direction {
    match d {
        Direction::North => Direction::West,
        Direction::East  => Direction::North,
        Direction::South => Direction::East,
        Direction::West  => Direction::South,
    }
}

标准库常用组件

• 集合：Vec<T>、HashMap<K,V>
• 智能指针：Box<T>、Rc<T>、Arc<T>、RefCell<T>
• 并发：thread、Mutex、RwLock、mpsc 通道
• 字符串：String、&str
• 迭代器链式操作：.map()、.filter()

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2. 典型用例

系统开发（操作系统/内核）

• 无 GC 内存安全，适合内核开发。
• 示例：#![no_std] 模式，裸机编程。
• 参考：Writing an OS in Rust

命令行工具

使用 clap 快速构建 CLI：

use clap::Parser;
#[derive(Parser)]
struct Opt { #[arg(short)] name: String }
fn main() {
    let opt = Opt::parse();
    println!("Hello, {}!", opt.name);
}

WebAssembly（Wasm）

Rust → WebAssembly → JS 调用：

use wasm_bindgen::prelude::*;
#[wasm_bindgen]
pub fn greet(name: &str) -> String {
    format!("Hello, {}!", name)
}

嵌入式系统

• 使用 #![no_std]。
• 硬件抽象层：embedded-hal。
• 示例：STM32、Cortex-M 开发。

Web 后端服务

Actix Web 示例：

#[actix_web::main]
async fn main() {
    use actix_web::{HttpServer, App, HttpResponse, web};
    HttpServer::new(|| {
        App::new()
            .route("/", web::get().to(|| async { HttpResponse::Ok().body("Hello, world!") }))
    })
    .bind(("127.0.0.1", 8080)).unwrap()
    .run().await.unwrap();
}

区块链开发

• Substrate 框架（Rust 编写）。
• Polkadot 使用 Rust 实现。

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3. 高阶用法

异步编程

#[tokio::main]
async fn main() {
    let resp = reqwest::get("https://www.rust-lang.org").await.unwrap();
    println!("Status: {}", resp.status());
}

并发与多线程

use std::thread;
fn main() {
    let handle = thread::spawn(|| {
        println!("Hello from thread!");
    });
    handle.join().unwrap();
}

• 共享数据：Arc<Mutex<T>>。
• 通信：mpsc 通道。

宏系统

• 声明宏：

macro_rules! say_hello {
    () => { println!("Hello!"); };
}

• 过程宏：#[derive(Serialize)]、#[tokio::main]。

FFI（与 C 交互）

extern "C" {
    fn puts(s: *const libc::c_char);
}
fn main() {
    let c_string = std::ffi::CString::new("Hello from C!\n").unwrap();
    unsafe { puts(c_string.as_ptr()); }
}

高级 Trait 用法

• 关联类型：Iterator::Item。
• 默认泛型类型参数。
• Trait 对象：dyn Trait。

零成本抽象

• 泛型和迭代器在编译后无运行时开销。
• 高层抽象性能接近 C++。

Pin/Unpin

• Pin<T> 确保值在内存中不被移动。
• 用于自引用或异步任务安全。

安全与不安全代码

• unsafe 操作包括：
  • 解引用裸指针
  • 调用不安全函数
  • 修改可变静态变量
• 常用于底层实现，但应保持外部接口安全。

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