一步步靠近：Rust入门小百科

从2015年Rust 发布1.0 版本以来，Rust 语言已经被广泛应用于各大公司及诸多领域。每一年，Rust 社区都会聚集在一起制订路线图，规划Rust 未来的发展。在2018 年，Rust 团队推出了新的大版本（edition）计划：

• Rust 2015 版本，包含Rust 1.0~1.30 语义化版本。目标是让Rust 更加稳定。
• Rust 2018 版本，Rust 1.31 将是Rust 2018 版本的首个语义版本。目标是让Rust 进一步走向生产级。

这个大版本和语义化版本是正交的。大版本的意义在于方便Rust 自身的进化。例如，想在Rust 中引入新的关键字try，但是如果只有语义化版本这一个维度，新的关键字可能会破坏现有的Rust 生态系统。所以，就需要引入一个大版本，在Rust 2018 版本中引入try 关键字。开发者选择“edition=2018”，就代表了开发者接受Rust 的这种内部变化，接受新的关键字try。大版本升级的只是表面的语法功能，Rust 的核心概念是不会改变的。

Rust 的编译器可以方便地管理版本的兼容性：

• Rust 2015 和Rust 2018 是彼此兼容的。
• Rust 编译器知道如何编译这两个版本，就像javac 知道如何编译Java 9 和Java 10、gcc和clang 知道如何处理C++ 14 和C++17 一样。
• 可以在Rust 2018 版本中依赖Rust 2015 的库，反之亦然。
• Rust 2015 版本并未冻结。

此外，大版本可能是每三年发布一次，那么下一次发布就是在2021 年。不过Rust 团队对此还保留修改权。

语言架构

为了便于学习，笔者针对Rust 语言概念的层次结构进行了梳理，如下图所示。

上图将Rust 语言中的概念分成了4 个层次。

最底层是安全内存管理层，该层主要是涉及内存管理相关的概念。

倒数第二层是类型系统层，该层起到承上启下的作用。类型系统层承载了上层的所有权系统语义和混合编程范式，赋予了Rust语言高级的抽象表达能力和安全性。同时，还保留了对底层代码执行、数据表示和内存分配等操作的控制能力。

对于开发者而言，只需要掌握类型系统、所有权系统和混合式编程范式即可，不需要操心底层的内存是否安全，因为有编译器和类型系统帮忙处理。在这个语言架构之下，人和编译器共用同一套“心智模型”，这样可以极大地保证系统的安全和健壮性。

在后续的章节中，会依照该语言架构对Rust 语言自底向上进行分层探索，以帮助读者对Rust 语言的概念融会贯通。

开源社区

Rust 语言自身作为一个开源项目，也是现代开源软件中的一颗璀璨的明珠。

在Rust 之前诞生的所有语言，都仅仅用于商用开发，但是Rust 语言改变了这一状况。对于Rust 语言来说，Rust 开源社区也是语言的一部分。同时，Rust 语言也是属于社区的。

Rust 团队由Mozilla 和非Mozilla 成员组成，截止2018年7月，Rust 项目贡献者已经超过了1900 人。Rust 团队分为核心组和其他领域工作组，针对Rust 2018 的目标，Rust 团队被分为了嵌入式工作组、CLI 工作组、网络工作组以及WebAssembly 工作组，另外还有生态系统工作组和社区工作组等。

这些领域中的设计都会先经过一个RFC 流程，对于一些不需要经过RFC流程的更改，只需要给Rust 项目库提交PullRequest 即可。所有的过程都是对社区透明的，并且贡献者都可参与评审，当然，最终决策权归核心组及相关领域工作组所有。

Rust 团队维护三个发行分支：稳定版（Stable）、测试版（Beta）和开发版（Nightly）。其中稳定版和测试版每6 周发布一次。标记为不稳定（Unstable）和特性开关（Feature Gate）的语言特性或标准库特性只能在开发版中使用。

发展前景

根据社区的流行度调查报告，截至2018 年7 月，由Pull Request 统计的GitHub Octoverse报告显示，Rust 语言的总PR 数排名第15 位，呈上升趋势。从活跃的项目数来看，Rust 语言一共有2604 个活跃项目。

目前在商业领域，Rust 的重磅商业用户增长迅速，其中包括：

• Amazon，使用Rust 作为构建工具。
• Atlassian，在后端使用Rust。
• Dropbox，在前后端均使用了Rust。
• Facebook，使用Rust 重写了源码管理工具。
• Google，在Fuchsia 项目中部分使用了Rust。
• Microsoft，在Azure IoT 网络上部分使用了Rust。
• npm，在其核心服务上使用了Rust。
• RedHat，使用Rust 创建了新的存储系统。
• Reddit，使用Rust 处理评论。
• Twitter，在构建团队中使用Rust。

除了以上罗列的公司，还有很多其他公司，可以在官方Rust 之友页面上找到，包括百度、三星、Mozilla 等。Rust 覆盖了数据库、游戏、云计算、安全、科学、医疗保健和区块链等领域，相关的工作岗位越来越多。Rust 的前景越来越明朗，未来Rust 将大有可为。

Rust 代码如何执行

在进一步学习之前，我们有必要了解一下Rust 代码是如何执行的。Rust是跨平台语言，一次编译，到处运行，这得益于LLVM。Rust 编译器是一个LLVM 编译前端，它将代码编译为LLVM IR，然后经过LLVM 编译为相应的平台目标。

Rust 源码经过分词和解析，生成AST（抽象语法树）。然后把AST 进一步简化处理为HIR（High-levelIR），目的是让编译器更方便地做类型检查。HIR 会进一步被编译为MIR（Middle IR），这是一种中间表示，它在Rust1.12 版本中被引入，主要用于以下目的。

• 缩短编译时间。MIR 可以帮助实现增量编译，当你修改完代码重新编译的时候，编译器只计算更改过的部分，从而缩短了编译时间。
• 缩短执行时间。MIR 可以在LLVM 编译之前实现更细粒度的优化，因为单纯依赖LLVM的优化粒度太粗，而且Rust无法控制，引入MIR 就增加了更多的优化空间。
• 更精确的类型检查。MIR 将帮助实现更灵活的借用检查，从而可以提升Rust的使用体验。

最终，MIR 会被翻译为LLVM IR，然后被LLVM 的处理编译为能在各个平台上运行的目标机器码。

小结

Rust 的产生看似偶然，其实是必然。未来的互联网注重安全和高性能是必然的趋势。GH看到了这一点，Mozilla 也看到了这一点，所以两者才能一拍即合，创造出Rust。

Rust 从2006 年诞生之日开始，目标就很明确——追求安全、并发和高性能的现代系统级编程语言。为了达成这一目标，Rust 语言遵循着内存安全、零成本抽象和实用性三大设计哲学。借助现代化的类型系统，赋予了Rust 语言高级的抽象表达能力，与此同时又保留了对底层的控制能力。开发者和Rust 编译器共享着同一套“心智模型”，相互信任，相互协作，最大化地保证系统的安全和健壮性。

Rust 语言有别于传统语言的另一点在于，其将开源社区视为语言的一部分。Rust 本身就是开源项目中的典范，非常值得学习。希望读者可以建立对Rust 语言的系统性认知，在以后的学习中起到提纲挈领的作用，不至于迷失在细节中。

本文节选自热门新书《Rust编程之道》。Rust 官方核心团队成员及文档团队负责人Steve Klabnik这样评价这本书：“即便我不得不通过谷歌翻译阅读这本书，但也不难发现《Rust 编程之道》是一本非常有趣的书。它解释了Rust 为何与众不同——这本书可以让你思考Rust，以及Rust 语言所蕴含的世界观。我好希望能读懂中文原版书，因为我相信它会更精彩！我已经从事Rust 的相关工作六年了，这本书改变了我对Rust语言的某些看法。这非常强大！”