rust язык программирования примеры кода

Rust на примерах. Часть 1

Этот цикл статей является вольным переводом книги «Rust by Example», которую пишет Хорхе Апарисио на Github.

На момент написания этого топика автор книги создал 49 глав, в первой части будет перевод первых пяти. Убедитесь, что Rust установлен и под рукой имеется документация.

Содержание

1. Привет, мир!

Это код традиционной программы «Hello World»:

println! это макрос (мы рассмотрим их позже), который печатает текст в консоль.

Программа может быть сгенерирована с помощью компилятора Rust rustc:

rustc создаст бинарный файл «hello», который можно запустить:

2. Форматированный вывод

Макрос println! не только выводит в консоль, а также способен форматировать текст и сериализованные значения. Корректность проверяется во время компиляции.

Дополнительная информация о форматировании здесь: std​::fmt​

3. Литералы и операторы

Также целые числа можно выразить через шестнадцатеричное, восьмеричное или двоичное обозначение, используя один из префиксов: 0x, 0o или 0b.

В числовые литералы можно вставлять подчёркивания для читабельности, например, 1_000 такой же, как и 1000, а 0.000_001 такой же, как и 0.000001.

Доступные операторы и их приоритет похож на C-подобных языках.

4. Переменные

Значения (как и литералы) могут быть связаны с переменными, используя обозначение let.

4.1 Изменяемость

По умолчанию переменные нельзя изменять, но это можно исправить, добавив модификатор mut.

Компилятор будет выводить сообщения об ошибке изменчивости.

4.2 Области и видимость

Переменные имеют локальную область, и имеют видимость в блоке (блок представляет собой набор операторов, заключённых в фигурные скобки <>). Кроме того, допускается скрытие переменной.

4.3 Предварительное объявление

Можно сперва объявлять переменные, а инициализировать их позже. Но эта форма редко используется, так как это может привести к использованию неинициализированных переменных.

Компилятор запрещает использование неинициализированных переменных, так как это привело бы к непредсказуемым последствиям.

5. Типы

Rust обеспечивает безопасность с помощью статической проверки типов. Тип переменной может быть явно указан при её объявлении. Тем не менее, в большинстве случаев, компилятор сможет определить тип переменной из контекста, если это очевидно.

5.1 Приведение типов

Rust не предоставляет неявного преобразования типов (coercion) между примитивами, но, явное приведение типов (casting) может быть достигнуто с помощью ключевого слова as.

5.2 Литералы

Тип литералов без суффикса будет зависеть от того, как они используются. Если никаких ограничений не существует, то компилятор выдаст сообщение об ошибке.

5.3 Логический вывод

Логический вывод типов довольно умён. Тип добавляемой переменной используется как определитель типа для второй переменной. Вот продвинутый пример:

Отсутствует необходимость в аннотации типа переменной, компилятор счастлив как и программист!

5.4 Псевдонимы (алиасы)

Заключение

Присоединяйтесь к google-группе: Rust по-русски для получения дополнительной информации по этому языку.
Можно помочь с переводом на Github: github.com/eg0r/rust-by-example

Все замечания, ошибки или неточности отправляйте мне в почту.

Источник

Rust — молодой и дерзкий язык программирования

Говорят, что это одновременно C++ и Haskell.

Первая версия языка Rust появилась в 2010 году, и он сразу занял третью строчку в списке любимых языков разработчиков на StackOverflow. Год спустя Rust возглавил этот список и держался там несколько лет. Давайте посмотрим, почему этот язык стал таким популярным, в чём его особенности и почему вокруг него много споров.

В чём идея языка Rust

Автору языка нравилась скорость работы и всемогущество языка C++ и надёжность Haskell. Он поставил перед собой задачу совместить оба этих подхода в одном языке, и за несколько лет он собрал первую версию языка Rust.

Rust позиционируется как компилируемый системный мультипарадигмальный язык высокого уровня. Сейчас поясним, что это значит.

👉 Компилируемый язык означает, что готовая программа — это отдельный файл, который можно запустить на любом компьютере с нужной операционной системой. Для запуска не нужно устанавливать среду разработки и компилятор, достаточно, чтобы скомпилированная версия подходила к вашему компьютеру.

👉 Системный — это когда на языке пишут программы для работы системы в целом. Это могут быть операционные системы, драйверы и служебные утилиты. Обычные программы тоже можно писать на Rust — от калькулятора до системы управления базами данных. Системный язык позволяет писать очень быстрые программы, которые используют все возможности железа.

👉 Мультипарадигмальный значит, что в языке сочетаются несколько парадигм программирования. В случае Rust это ООП, процедурное и функциональное программирование. Причём, ООП в Rust пришло из C++, а функциональное — из Haskell. Программист может сам выбирать, в каком стиле он будет писать код, или совмещать разные подходы в разных элементах программы.

Синтаксис и код

За основу синтаксиса в Rust взят синтаксис из C и C++.Например, классический «Привет, мир!» на Rust выглядит так:

fn main() <
println!(«Hello, world!»);
>

Если вы знакомы с подобным синтаксисом, то сможете быстро начать писать и на Rust. Другое дело, что в Rust есть свои особенности:

let x = if new_game() < 4 >
else if reload() < 3 >
else

Последнее разберём подробно. При такой записи переменная x будет равна четырём, если функция new_game() вернёт значение true. Если этого не случится, компилятор вызовет функцию reload() и проверит, что получилось. Если true, то x примет значение 3, а если и это не сработает — то x станет равным 0.

Ещё в Rust есть сравнение переменной с образцом. В зависимости от того, с каким образцом совпало значение переменной, выполнится та или иная функция:

Главная особенность программ на Rust

Несмотря на синтаксис, похожий на C, главную особенность программ на Rust разработчики взяли из Haskell, и звучит она так:

Если программа на Rust скомпилировалась и не упала во время запуска, то она будет работать до тех пор, пока вы сами её не остановите.

Это значит, что программы на Rust почти так же надёжны, как программы на Haskell. Почти — потому что если программист использует «небезопасный» блок unsafe, который даёт ему прямой доступ к памяти, то в теории это иногда может привести к сбоям. Но даже с такими блоками Rust старается справляться сам и падает только в безнадёжных случаях.

Плюсы и минусы языка

Когда язык совмещает в себе несколько разных подходов из других языков, он получает большинство преимуществ каждого из них:

Минусы в основном связаны со скоростью развития языка. Так как Rust развивается очень быстро, то часто бывает так, что код из старой версии не работает в новой версии. Ещё к минусам можно добавить:

Что написано на Rust

Чаще всего Rust используют в тех проектах, где нужна стабильность и надёжность при высокой нагрузке и общее быстродействие программы.

На практике Rust подходит для разработки ОС, веб-серверов, системных программ мониторинга, веб-движков, а также для создания масштабируемых частей фронтенда и бэкенда. Например, вот самые известные проекты, где Rust был основным языком программирования:

Источник

Обзор языка программирования Rust

Rust — новый экспериментальный язык программирования, разрабатываемый Mozilla. Язык компилируемый и мультипарадигмальный, позиционируется как альтернатива С/С++, что уже само по себе интересно, так как даже претендентов на конкуренцию не так уж и много. Можно вспомнить D Вальтера Брайта или Go от Google.
В Rust поддерживаются функицональное, параллельное, процедурное и объектно-ориентированное программирование, т.е. почти весь спектр реально используемых в прикладном программировании парадигм.

Я не ставлю целью перевести документацию (к тому же она весьма скудная и постоянно изменяется, т.к. официального релиза языка еще не было), вместо этого хочется осветить наиболее интересные фичи языка. Информация собрана как из официальной документации, так и из крайне немногочисленных упоминаний языка на просторах Интернета.

Первое впечатление

Синтаксис языка строится в традиционном си-подобном стиле (что не может не радовать, так как это уже стандарт де-факто). Естественно, всем известные ошибки дизайна С/С++ учтены.
Традиционный Hello World выглядит так:

Пример чуть посложнее — функция расчета факториала:

Как видно из примера, функции объявляются в «функциональном» стиле (такой стиль имеет некоторые преимущества перед традиционным «int fac(int n)»). Видим автоматический вывод типов (ключевое слово let), отсутствие круглых скобок у аргумента while (аналогично Go). Еще сразу бросается в глаза компактность ключевых слов. Создатели Rust дейтсвительно целенаправленно сделали все ключевые слова как можно более короткими, и, скажу честно, мне это нравится.

Мелкие, но интересные синтаксические особенности

Типы данных

Rust, подобно Go, поддерживает структурную типизацию (хотя, по утверждению авторов, языки развивались независимо, так что это влияние их общих предшественников — Alef, Limbo и т.д.). Что такое структурная типизация? Например, у вас в каком-то файле объявлена структура (или, в терминологии Rust, «запись»)
type point = ;
Вы можете объявить кучу переменных и функций с типами аргументов «point». Затем, где-нибудь в другом месте, вы можете объявить какую-нибудь другую структуру, например
type MySuperPoint = ;
и переменные этого типа будут полностью совместимы с переменными типа point.

В противоположность этому, номинативная типизация, принятая в С, С++,C# и Java таких конструкций не допускает. При номинативной типизации каждая структура — это уникальный тип, по умолчанию несовместимый с другими типами.

Структуры в Rust называются «записи» (record). Также имеются кортежи — это те же записи, но с безымянными полями. Элементы кортежа, в отличие от элементов записи, не могут быть изменяемыми.

Имеются вектора — в чем-то подобные обычным массивам, а в чем-то — типу std::vector из stl. При инициализации списком используются квадратные скобки, а не фигурные как в С/С++

Вектор, тем ни менее — динамическая структура данных, в частности, вектора поддерживают конкатенацию.

Есть шаблоны. Их синтаксис вполне логичен, без нагромождений «template» из С++. Поддерживаются шаблоны функций и типов данных.

Язык поддерживает так называемые теги. Это не что иное, как union из Си, с дополнительным полем — кодом используемого варианта (то есть нечто общее между объединением и перечислением). Или, с точки зрения теории — алгебраический тип данных.

В простейшем случае тег идентичен перечислению:

В более сложных случаях каждый элемент «перечисления» — самостоятельная структура, имеющая свой «конструктор».
Еще интересный пример — рекурсивная структура, с помощью которой задается объект типа «список»:

Теги могут участвовать в выражениях сопоставления с образцом, которые могут быть достаточно сложными.

Сопоставление с образцом (pattern matching)

Для начала можно рассматривать паттерн матчинг как улучшенный switch. Используется ключевое слово alt, после которого следует анализируемое выражение, а затем в теле оператора — паттерны и действия в случае совпадения с паттернами.

В качестве «паттеронов» можно использовать не только константы (как в Си), но и более сложные выражения — переменные, кортежи, диапазоны, типы, символы-заполнители (placeholders, ‘_’). Можно прописывать дополнительные условия с помощью оператора when, следующего сразу за паттерном. Существует специальный вариант оператора для матчинга типов. Такое возможно, поскольку в языке присутствует универсальный вариантный тип any, объекты которого могут содержать значения любого типа.

Указатели. Кроме обычных «сишных» указателей, в Rust поддерживаются специальные «умные» указатели со встроенным подсчетом ссылок — разделяемые (Shared boxes) и уникальные (Unique boxes). Они в чем-то подобны shared_ptr и unique_ptr из С++. Они имеют свой синтаксис: @ для разделяемых и

для уникальных. Для уникальных указателей вместо копирования существует специальная операция — перемещение:

после такого перемещения указатель x деинициализируется.

Замыкания, частичное применение, итераторы

С этого места начинается функциональное программирование. В Rust полностью поддерживается концепция функций высшего порядка — то есть функций, которые могут принимать в качестве своих аргументов и возвращать другие функции.

1. Ключевое слово lambda используется для объявления вложенной функции или функционального типа данных.

В этом примере мы имеем функцию make_plus_function, принимающую один аргумент «x» типа int и возвращающую функцию типа «int->int» (здесь lambda — ключевое слово). В теле функции описывается эта самая фунция. Немного сбивает с толку отсутствие оператора «return», впрочем, для ФП это обычное дело.

2. Ключевое слово block используется для объявления функционального типа — аргумента функции, в качестве которого можно подставить нечто, похожее на блок обычного кода.

Здесь мы имеем функцию, на вход которой подается блок — по сути лямбда-функция типа «int->int», и вектор типа int (о синтаксисе векторов далее). Сам «блок» в вызывающем коде записыавется с помощью несколько необычного синтаксиса <|x| x + 1 >. Лично мне больше нравятся лямбды в C#, символ | упорно воспринимается как битовое ИЛИ (которое, кстати, в Rust также есть, как и все старые добные сишные операции).

3. Частичное применение — это создание функции на основе другой функции с большим количеством аргументов путем указания значений некоторых аргументов этой другой функции. Для этого используется ключевое слово bind и символ-заполнитель «_»:

Чтобы было понятнее, скажу сразу, что такое можно сделать на обычном Си путем создания простейшей обертки, как-то так:
const char* daynum (int i) < const char *s =<"mo", "tu", "we", "do", "fr", "sa", "su">; return s[i]; >

Но частичное применение — это функциональный стиль, а не процедурный (кстати, из приведенного примера неясно, как сделать частичное применение, чтобы получить функцию без аргументов)

Еще пример: объявляется функция add с двумя аргументами int, возвращающая int. Далее объявляется функциональный тип single_param_fn, имеющий один аргумент int и возвращающий int. С помощью bind объявляются два функциональных объекта add4 и add5, построенные на основе функции add, у которой частично заданы аргументы.

Функциональные объекты можно вызывать также, как и обычные функции.

4. Чистые функции и предикаты
Чистые (pure) функции — это функции, не имеющие побочных эффектов (в том числе не вызывающие никаких других функций, кроме чистых). Такие функции выдяляются ключевым словом pure.

Предикаты — это чистые (pure) функции, возвращающие тип bool. Такие функции могут использоваться в системе typestate (см. дальше), то есть вызываться на этапе компиляции для различных статических проверок.

Синтаксические макросы
Планируемая фича, но очень полезная. В Rust она пока на стадии начальной разработки.

Выражение, аналогичное сишному printf, но выполняющееся во время компиляции (соответственно, все ошибки аргументов выявляются на стадии компиляции). К сожалению, материалов по синтаксическим макросам крайне мало, да и сами они находятся в стадии разработки, но есть надежда что получится что-то типа макросов Nemerle.
Кстати, в отличие от того же Nemerle, решение выделить макросы синтаксически с помощью символа # считаю очень грамотным: макрос — это сущность, очень сильно отличающаяся от функции, и я считаю важным с первого взгляда видеть, где в коде вызываются функции, а где — макросы.

Атрибуты

Концепция, похожая на атрибуты C# (и даже со схожим синтаксисом). За это разработчикам отдельное спасибо. Как и следовало ожидать, атрибуты добавляют метаинформацию к той сущности, которую они аннотируют,

Придуман еще один вариант синтаксиса атрибутов — та же строка, но с точкой с запятой в конце, аннотирует текущий контекст. То есть то, что соответствует ближайшим фигурным скобкам, охватывающим такой атрибут.

Параллельные вычисления

Пожалуй, одна из наиблее интересных частей языка. При этом в tutorial на данный момент не описана вообще:)
Программа на Rust состоит из «дерева задач». Каждая задача имеет функцию входа, собственный стек, средства взаимодействия с другими задачами — каналы для исходящей информации и порты для входящей, и владеет некоторой частью объектов в динамической куче.
Множество задач Rust могут существовать в рамках одного процесса операционной системы. Задачи Rust «легковесные»: каждая задача потребляет меньше памяти чем процесс ОС, и переключение между ними осуществляется быстрее чем переключение между процессами ОС (тут, вероятно, имеются в виду все-же «потоки»).

Задача состоит как минимум из одной функции без аргументов. Запуск задачи осуществляется с помощью функции spawn. Каждая задача может иметь каналы, с помощью которых она передает инфорацию другим задачам. Канал — это специальный шаблонный тип chan, параметризируемый типом данных канала. Например, chan — канал для передачи беззнаковых байтов.
Для передачи в канал используется функция send, первым аргументом которой является канал, а вторым — значение для передачи. Фактически эта функция помещает значение во внутренний буфер канала.
Для приема данных используются порты. Порт — это шаблонный тип port, параметризируемый типом данных порта: port — порт для приема беззнаковых байтов.
Для чтения из портов используется функция recv, аргументом которой является порт, а возвращаемым значением — данные из порта. Чтение блокирует задачу, т.е. если порт пуст, задача переходит в состояние ожидания до тех пор, пока другая задача не отправит на связанный с портом канал данные.
Связывание каналов с портами происходит очень просто — путем инициализации канала портом с помощью ключевого слова chan:
let reqport = port();
let reqchan = chan(reqport);
Несколько каналов могут быть подключены к одному порту, но не наоборот — один канал не может быть подключен одновременно к нескольким портам.

Typestate

Общепринятого перевода на русский понятия «typestate» я так и не нашел, поэтому буду называть это «состояния типов». Суть этой фичи в том, что кроме обычного контроля типов, принятого в статической типизации, возможны дополнительные контекстные проверки на этапе компиляции.
В том или ином виде состояния типов знакомы всем программистам — по сообщениям компилятора «переменная используется без инициализации». Компилятор определяет места, где переменная, в которую ни разу не было записи, используется для чтения, и выдает предупреждение. В более общем виде эта идея выглядит так: у каждого объекта есть набор состояний, которые он может принимать. В каждом состоянии для этого объекта определены допустимые и недопустимые операции. И компилятор может выполнять проверки — допустима ли конкретная операция над объектом в том или ином месте программы. Важно, что эти проверки выполняются на этапе компиляции.

Например, если у нас есть объект типа «файл», то у него может быть состояние «закрыт» и «открыт». И операция чтения из файла недопустима, если файл закрыт. В современных языках обычно функция чтения или бросает исключение, или возвращает код ошибки. Система состояний типов могла бы выявить такую ошибку на этапе компиляции — подобно тому, как компилятор определяет, что операция чтения переменной происходит до любой возможной операции записи, он мог бы определить, что метод «Read», допустимый в состоянии «файл открыт», вызывается до метода «Open», переводящего объект в это состояние.

В Rust существует понятие «предикаты» — специальные функции, не имеющие побочных эффектов и возвращающие тип bool. Такие функции могут использоваться компилятором для вызова на этапе компиляции с целью статических проверок тех или иных условий.

Ограничения (constraints) — это специальные проверки, которые могут выполняться на этапе компиляции. Для этого используется ключевое слово check.

Предикаты могут «навешиваться» на входные параметры функций таким вот способом:

Информации по typestate крайне мало, так что многие моменты пока непонятны, но концепция в любом случае интересная.

На этом все. Вполне возможно, что я все-же пропустил какие-то интересные моменты, но статья и так раздулась. При желании можно уже сейчас собрать компилятор Rust и попробовать поиграться с различными примерами. Информация по сборке приведена на официальном сайте языка.

Источник

Что делает Rust универсальным языком программирования

Долгое время Rust позиционировался исключительно как язык для системного программирования. Попытки использовать Rust для высокоуровневых прикладных задач зачастую вызывали усмешку у значительной части сообщества: зачем использовать инструмент в том качестве, на которое он не рассчитан? Какая польза от возни с типами и анализатором заимствований (borrow checker), если есть Python и Java со сборкой мусора? Но другая часть сообщества всегда видела потенциал Rust именно как языка прикладного, и даже находила его удобным в использовании для быстрого прототипирования — во многом благодаря его особенностям, а не вопреки им.

Шло время, и сейчас использование Rust для высокоуровневых прикладных задач вызывает куда меньше споров, чем раньше. Сообщество накопило практический опыт, и практика показала, что у Rust есть свои преимущества в прикладной сфере. Посмотрите, как менялось официальное определение языка, с такого:

Rust is a systems programming language that runs blazingly fast, prevents segfaults, and guarantees thread safety.

Rust — невероятно быстрый язык для системного программирования без segfault’ов и с гарантиями потокобезопасности.

A language empowering everyone to build reliable and efficient software.

Язык, позволяющий каждому создавать надёжное и эффективное программное обеспечение.

Думаю, это хорошая иллюстрация смещения акцентов в позиционировании языка.

В данной статье я хочу рассказать о важных аспектах языка Rust, которые делают его универсальным, то есть равно успешно применимым и в системном, и в прикладном программировании. Более того, попытаюсь показать, как Rust устанавливает органичную связь между этими, казалось бы независимыми и даже противоположными сферами.

Что понимать под высоким и низким уровнем?

Понятия высокого/низкого уровня, применительно к языкам программирования, уже давно перестали носить абсолютный характер. По сравнению с ассемблером, язык Си — высокоуровневый, а по сравнению с Haskell — низкоуровневый. В случае с Rust ситуация усугубляется тем, что некоторые языковые возможности в нем близки к Haskell, а некоторые — к Си. Чтобы не запутаться, что считать высоким уровнем, а что низким, я предлагаю использовать простое правило: если языковая конструкция скорее выражает что мы делаем в терминах самой задачи, то она более высокого уровня, чем та, которая скорее говорит нам как именно реализуется решение.

Интересно, что с этой точки зрения декларативный подход выше уровнем, чем императивный. Также понятно, что для системного программирования особо важно, чтобы язык мог выражать как нечто работает в системе, потому что именно это как напрямую и есть что главной задачи системного программирования. Можно сказать, что низкоуровневый по отношению к множеству разных задач язык программирования может являться одновременно высокоуровневым предметно-ориентированным языком (DSL) для сугубо системных задач, так как лучшим образом отражает архитектуру системы.

unsafe-блоки

Давайте сразу обратимся к примеру и посмотрим, как в Rust работают итераторы:

Обратите внимание, что структура Iter содержит в качестве своих полей два указателя: ptr и end (строки 2 и 3). Из-за того, что эти указатели — это обычные Си-совместимые указатели (правда NonNull дополнительно требует, чтобы указатель не был нулевым), довольно низкоуровневые ссылочные типы, их время жизни никак не отслеживается borrow checker’ом. Поэтому заданное в объявлении структуры время жизни ссылки ‘a (1) мы вынуждены добавить в «фантомное» поле с типом нулевой размерности PhantomData (4). Иначе время жизни окажется никак не используемым внутри структуры, что приведет к ошибке компиляции. То есть, другими словами: мы хотим сделать безопасный итератор, который ссылается на элементы коллекции, по которой он итерируется, и для того, чтобы он был безопасным, нам нужно учитывать время жизни ссылок. Но наша внутренняя реализация основана на указателях и потому не подразумевает никакого отслеживания времен жизни со стороны компилятора. Поэтому мы должны гарантировать своей реализацией безопасность кода, работающего с указателями (в unsafe-блоках, подобных 5), и тогда можно реализовать безопасный внешний API по всем правилам работы в safe Rust.

Это очень наглядный пример того, что представляет собой Rust на самом деле. Это высокоуровневый, безопасный язык, в котором есть низкоуровневые небезопасные возможности. Тут граница, по которой одно отделяется от другого — это определение типа, а блоки unsafe выступают маркером того, что в реализации используются весьма низкоуровневые и небезопасные средства (на самом деле в общем случае граница проходит через определение модуля: пока в язык не будет добавлена возможность помечать поля как unsafe, потенциально небезопасным становится весь код в пределах модуля, если на поведение unsafe-методов влияет содержимое полей структуры).

Важный вывод, к которому мы здесь приходим, состоит в том, что Rust — самодостаточный язык. Его высокоуровневые возможности вполне реализуются на низком уровне им же самим. И наоборот: из низкоуровневых «кирпичей» в Rust можно конструировать высокоуровневые блоки, скрывая детали реализации за безопасным API.

Теперь должно быть понятно, что unsafe, который тут и там встречается в стандартной библиотеке Rust — это не баг, а фича. Есть довольно популярный упрек к Rust со стороны: дескать, какой же это безопасный и высокоуровневый язык, если у него в std сплошные unsafe-блоки? Он либо тогда должен быть весь unsafe, либо полностью safe. Но преимущество Rust как раз состоит в том, что он позволяет делать и то и другое, при этом отделяя одно от другого. Это одна из причин, почему Rust по-настоящему универсальный язык программирования.

Макросы

Посмотрите, как организуется простейший цикл for на Python:

Они похожи, не правда ли? Но for в Rust — это просто синтаксический сахар к более низкоуровневому представлению. Вот во что разворачивается данный цикл for :

Касательно процедурных макросов: забавно, как возможность делать низкоуровневые вещи открывает языку путь к построению предельно высокоуровневых абстракций. Дело в том, что процедурные макросы в Rust — это своего рода «плагины к компилятору», которые пишутся на самом Rust. Так как Rust — это язык без сборщика мусора, то он может использоваться для создания встраиваемых компонентов. В частности, можно написать динамическую библиотеку, которую подгрузит компилятор при компиляции вашей программы, и которая будет реализовывать ваши собственные расширения языка. Взглянем на пример использования атрибутных процедурных макросов в actix-web :

Здесь #[get(..)] и #[actix_rt::main] — это пользовательские атрибуты, которые приведут при компиляции к преобразованию элементов, на которые они навешены, в соответствии с заданной программой. Вот во что развернется код выше при компиляции:

Здесь макрос позволяет указать разметку в привычном виде, декларативно, на html-подобном языке, с вкраплениями Rust-кода. Похоже на JSX, расширение языка JavaScript. Только Rust изначально обладает средствами для создания подобных расширений, для него они — обычное дело.

Возможности процедурных макросов практически безграничны. Правда, вам самим придется заботиться о семантике, так как макросы работают на синтаксическом уровне, а рефлексии в Rust не предусмотрено. Тем не менее, грамотно написанные макросы могут сильно упростить создание абстракций, специфичных для конкретной предметной области. Таким образом, сам Rust становится низкоуровневым инструментом реализации требуемого высокоуровнего предметно-ориентированного языка, предельно соответствующего решаемой задаче.

В отличие от некоторых высокоуровневых языков (таких как Python), которые служат своего рода «клеем» для низкоуровневых компонентов, написанных на других языках, Rust сам выступает и в роли «клея», и в роли инструмента реализации «склеиваемых» компонентов.

Бесплатные абстракции

Удивительно, насколько наличие абстракций с нулевой стоимостью, даже самых элементарных, упрощает прикладную разработку. Посмотрите на следующий код, который написан на языке, считающимся высокоуровневым:

И сравните с тем, как то же самое поведение реализуется в Rust:

Где вам понятнее, что происходит и где, по-вашему, вероятность ошибиться меньше? Мне кажется, что ответ очевиден.

Числовой тип — это «низкоуровневый» тип, потому что он отвечает на вопрос как значение будет представлено в памяти, а не на вопрос что оно собой представляет в контексте задачи. Но в Rust можно очень легко и элегантно вводить новые типы поверх существующих:

Несмотря на то, что оба значения a и b имеют одинаковое числовое представление, они являются объектами разных типов, и поэтому перепутать и подставить одно значение вместо другого не получится. Этот паттерн называется «Новый тип» (New type), и он совершенно бесплатен в использовании. (Подробнее о преимуществах использования паттерна «Новый тип» вы можете прочитать в замечательной статье Передача намерений.)

«Новый тип», так же как и вообще любая пользовательская структура или перечисление в Rust, может выступать границей раздела нескольких уровней программирования. И чтобы пользователь мог переходить эту границу всегда, когда это удобно для решения его задачи, эти абстракции не должны сами по себе требовать сколь-либо значимых дополнительных расходов. Иначе пользователь будет вынужден чаще пользоваться имеющимися низкоуровневыми типами, вместо того, чтобы создавать на их основе свои, высокоуровневые.

Обобщенные типы

Помимо того, что обобщенные типы избавляют от написания шаблонного кода, они являются отличным инструментом абстрагирования и высокоуровневой спецификации поведения. Вот что я имею в виду:

Выглядит как что-то низкоуровневое. Но такое поведение часто реализует определенное требование самой задачи. Например, у нас есть тип с приватным конструктором:

Можно сделать так, что UserId будет возможно сконструировать только с помощью некоего сервиса, который либо выдает новое число из глобальной последовательности идентификаторов, либо десериализует значение UserId из ранее сконструированного и сохраненного. (Подробнее о преимуществах подобного подхода к проектированию типов вы можете прочитать в статье Парсите, а не валидируйте.)

Итак, на границе высокоуровневого и низкоуровневого кода, проходящей через определения обобщенных типов, мы можем столкнуться как с высокоуровневыми, так и с низкоуровневыми ограничениями, причем далеко не всегда просто отделить одни от других. Но помочь с этим может введение новых типажей:

Теперь можно вместо набора из трех ограничений писать только одно, которое автоматически будет выполняться для всякого типа, имеющего исходные три характеристики. Таким образом можно скрыть множество низкоуровневых требований за одним высокоуровневым.

Перечисление типов

АТД во многих случаях избавляет программиста от написания низкоуровневого кода для проверки целостности и непротиворечивости типов данных. Что актуально не только для языков с динамической типизацией, но и для статически типизированных языков.

Вообще, enum в Rust используется чуть менее, чем везде — и это прекрасно! Потому что АТД — это абстракция очень высокого уровня, сравнимая с наследованием классов и полиморфизмом подтипов в ООП. Выражение традиционно низкоуровневых концепций в терминах АТД неожиданно делает их не такими уж и низкоуровневыми.

Вот как решается проблема реализации отсутствующего значения в Rust:

Подробнее об АТД и преимуществах их использования, вы можете прочитать в статье Романа Душкина «Алгебраические типы данных и их использование в программировании».

Владение

Концепция владения в Rust постулирует единственность владельца ресурса в любой момент времени. Она вводилась для решения проблемы гонки данных при конкурентном доступе и проблемы использования памяти после освобождения. Однако кроме этого, концепция владения позволила легко реализовать механизм автоматического освобождения ресурсов, где ресурсом может выступать не только память, но также файлы, сокеты и любые другие пользовательские объекты. Если владелец ресурса всегда один, то когда он выходит из области видимости и уничтожается — ресурс автоматически освобождается. Пользователь может задавать собственную процедуру освобождения, реализуя типаж Drop для своего типа.

В Java, например, с try-with-resources ответственность за корректное освобождение ресурсов перекладывается на вызывающую сторону. К тому же не всегда использование ресурсов настолько локализовано, что безошибочное использование try-with-resources очевидно. Использование Cleaner улучшает ситуацию и избавляет пользователя от необходимости следить за освобождением в тривиальных случаях, но в более сложных — головной боли не избежать (подробнее о проблемах освобождения ресурсов в Java смотрите в лекции Евгения Козлова «Вы все еще используете finalize()? Тогда мы идем к вам»).

Rust же предоставляет простой и элегантный механизм, который основан на универсальной в рамках языка концепции владения, избавляющий программиста от необходимости низкоуровневого кодирования освобождения памяти и прочих ресурсов в местах их использования.

Дополнительно, с концепцией владения тесно связан принцип перемещения по-умолчанию: если вы передаете владельца из одного места в другое, то ресурс будет перемещен (логически), а не скопирован. Это удобно использовать при реализация всевозможных переходов, например, между состояниями абстрактного автомата:

Реализация подобного сценария желательна не так уж и редко, а в некоторых случаях она крайне необходима. Так что с помощью системы владения Rust защита последовательности смены состояний становится достаточно простым делом.

Заимствование

На низком уровне заимствование означает получение ссылки на объект, время жизни которой компилятор проверит на соответствие времени жизни исходного объекта. Но при взгляде с более высокого уровня, заимствование означает получение некоего представления (view), временно соотнесенного с исходным объектом. Такое представление не обязано быть единственным.

Что же в итоге?

Как видите, Rust — это не просто очередной системный язык программирования по мотивам Си. На системный язык, обогащенный рядом высокоуровневых концепций, можно смотреть и с другой стороны: как на прикладной язык, снабженный низкоуровневым инструментарием.

Полезны ли эти низкоуровневые инструменты в прикладной раработке? Я думаю, что да. Они позволяют создавать новые эффективные высокоуровневые абстракции, расширяя арсенал разработчика. Дополнительно, наличие средств, которые позволяют изолировать и связывать между собой разные уровни, делают Rust по-настоящему универсальным языком программирования.

Полагаю, что качество Rust-кода и удобство его доработки будет напрямую зависеть от того, насколько удачно программист решил проблему инкапсуляции низких уровней относительно высоких в рамках своей задачи. Конечно, тут у Rust еще большой простор для совершенствования, но имеющихся средств уже достаточно, чтобы довольно комфортно вести прикладную, высокоуровневую разработку, а не только решать низкоуровневые системные задачи.

Upd.: Отдельное спасибо T_12 за вычитку текста статьи и дельные замечания.

Источник