Rust 基础

Rust 是注重内存安全与并发安全的系统级语言，通过所有权在编译期保证安全，无 GC。见 后端入门概览。

本章介绍工具链安装与 Cargo，从认识语言到写出第一个程序。

学习路径

1.1 Rust 是什么

系统编程语言：性能、安全、并发

Rust 的设计目标非常明确：像 C 和 C++ 那样对硬件有精细的控制力，同时在语言层面消除一大类常见错误。它天生适合编写操作系统、浏览器引擎、嵌入式固件、WebAssembly 模块、CLI 工具和高性能网络服务。

零成本抽象、无 GC、内存安全（通过所有权）

这三点是 Rust 最核心的承诺：

• 零成本抽象：高阶语法不会引入额外运行时开销。你用的迭代器、闭包在编译后通常能优化得和手写循环一样快。
• 无垃圾回收（GC）：Rust 没有全局垃圾收集器，内存管理完全在编译期确定，保证了运行时的稳定低延迟。
• 内存安全：Rust 通过一套所有权概念，让编译器在编译时就能拒绝悬垂指针、二次释放、数据竞争等问题，无需垃圾回收器也不需要手动小心翼翼。

应用领域

除了上面提到的操作系统、嵌入式、WebAssembly、CLI、网络服务，Rust 也越来越多地出现在数据分析管道、区块链、游戏引擎甚至前端工具链中。其“一旦编译通过，就能安全稳定运行”的特性，特别适合需要长期维护的基础设施项目。

1.2 安装与配置

rustup：管理工具链

rustup 是 Rust 的官方安装器和工具链管理器。一行命令就能完成安装，并随时切换 stable、beta 或 nightly 通道。

在 Linux / macOS 上打开终端执行：

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

Windows 用户可以直接下载并运行 rustup-init.exe。

安装完成后，可以通过 rustup 查看、安装和切换工具链：

rustup toolchain list          # 查看已安装的工具链
rustup default stable          # 将 stable 设为默认
rustup update                  # 更新工具链

rustc 与 cargo

安装 Rust 后你会获得两个核心命令：

• rustc：Rust 编译器，可以直接把 .rs 文件编译成可执行文件或库。
• cargo：Rust 的包管理与构建系统，负责创建项目、下载依赖、运行测试、生成文档等。

日常开发中几乎总是通过 cargo 与 Rust 交互，直接调用 rustc 的情况很少。

验证安装

rustc --version
cargo --version

如果两条命令都正常输出版本号，说明环境就绪。

编辑器 / IDE 推荐

• VS Code + rust-analyzer：安装 VS Code 后，在扩展市场搜索“rust-analyzer”并安装。它提供代码补全、实时错误提示、跳转定义、悬停类型等信息，是目前最主流的 Rust 开发环境。
• IntelliJ Rust：如果习惯 JetBrains 生态，使用 CLion 或 IntelliJ IDEA 并安装 Rust 插件，也能获得优秀的开发体验。

1.3 第一个程序

创建项目

cargo new hello_world

这条命令会生成一个名为 hello_world 的目录，包含：

hello_world
├── Cargo.toml      # 项目清单文件
└── src
    └── main.rs     # 程序入口

• Cargo.toml：采用 TOML 格式，记录项目名称、版本、作者、依赖等信息。
• src/main.rs：默认的二进制入口文件。

打开 main.rs，你会看到：

fn main() {
    println!("Hello, world!");
}

• fn main() 是 Rust 程序的入口点，每个可执行程序必须有且仅有一个 main 函数。
• println! 是一个宏（以 ! 结尾），而非普通函数。宏能生成重复代码或实现变长参数，println! 是使用这类宏的最常见例子。

编译与运行

在项目目录下可以使用以下命令：

• cargo run：编译并运行程序。如果代码未改动，下次会直接运行编译结果。
• cargo build：仅编译（默认创建 debug 版本），生成结果位于 target/debug/。
• cargo check：快速检查代码是否可编译，但不生成最终可执行文件。适合开发过程中频繁验证语法和类型。

如果想编译为优化后的发布版本，可以加上 --release：

cargo build --release   # 生成到 target/release/

release 版编译时间更长，但运行效率远高于 debug 版，适合最终分发。

1.4 Cargo 进阶

日常开发不仅仅是“编译运行”，Cargo 提供了一整套从依赖管理到发布的工作流。

Cargo.toml 与 Cargo.lock

• Cargo.toml：供开发者编辑的清单，声明了项目元数据和所需依赖的版本范围（例如 "0.8" 表示兼容 0.8.x）。
• Cargo.lock：由 Cargo 自动生成，精确锁定了每一次构建中每个依赖的具体版本。二进制项目建议将 Cargo.lock 提交版本控制，以保证所有环境和 CI 的构建一致性；库项目则通常不提交，由使用方自行解析。

添加依赖

有两种方式为项目添加依赖：

1. 使用 cargo add（Rust 1.62.0 起内置）：
   bash

   复制

   cargo add serde           # 添加最新版 serde
   cargo add tokio --features full   # 添加时启用 features
   

2. 手动编辑 Cargo.toml：
   toml

   复制

   [dependencies]
   serde = "1.0"
   

   
   然后运行 cargo build，Cargo 会自动下载并编译依赖。

包都发布在社区注册中心 crates.io，Cargo 默认从这里拉取。

构建配置：profile.dev / profile.release

在 Cargo.toml 中可以通过 [profile] 小节覆盖默认的编译选项：

[profile.dev]
opt-level = 0   # 无优化，编译快
debug = true    # 包含调试信息

[profile.release]
opt-level = 3   # 最大化优化
debug = false   # 不包含调试信息

你还可以调整 LTO、代码展开程度、溢出检查等，以满足不同场景的需求。

工作空间（workspace）

当项目逐渐庞大，可能拆分为多个相互依赖的 crate。工作空间能让它们共享同一个 Cargo.lock 和 target 目录，统一构建。

根目录的 Cargo.toml 声明工作空间成员：

[workspace]
members = [
    "core",
    "cli",
    "web",
]

每个子目录都是独立的 crate（有自己的 Cargo.toml）。在根目录执行 cargo build 将一次性构建所有成员，并自动处理内部依赖。

常用命令速览

• cargo test：运行项目中的单元测试、集成测试和文档测试。
• cargo doc --open：为所有依赖和本地代码生成 HTML 文档，并自动在浏览器中打开。文档注释 /// 会被编译为漂亮文档页，这是 Rust 生态的优良传统。
• cargo publish：将 crate 发布到 crates.io。发布前需要先登录、确保清单信息完整。发布后，社区即可通过 cargo add 使用你的代码。

继续学习：类型、泛型与 Trait。

参考文献

以下链接在编写时均可正常访问：