系統(tǒng)程式設(shè)計中的 Rust：為什麼開發(fā)者選擇 Rust 而不是 C 和 C

日期：5-1-25

簡介

系統(tǒng)程式設(shè)計長期以來一直由 C 和 C 主導(dǎo)。幾十年來，這些語言一直是作業(yè)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和效能關(guān)鍵型應(yīng)用程式的支柱。然而，Rust 的興起打破了這一格局，提供了一種將性能與安全性結(jié)合的現(xiàn)代替代方案。在本文中，我們將探討為什麼開發(fā)人員越來越多地選擇 Rust 而不是 C 和 C 進(jìn)行系統(tǒng)編程。

什麼是系統(tǒng)程式設(shè)計？

系統(tǒng)程式設(shè)計涉及創(chuàng)建與硬體和系統(tǒng)資源密切互動的軟體。這包括：

1. 作業(yè)系統(tǒng)：管理硬體和軟體資源。
2. 裝置驅(qū)動程式：啟用硬體設(shè)備和作業(yè)系統(tǒng)之間的通訊。
3. 嵌入式系統(tǒng)：適用於資源受限的硬體設(shè)備的軟體。
4. 效能關(guān)鍵應(yīng)用程式：遊戲、資料庫和科學(xué)計算。

系統(tǒng)程式設(shè)計的需求需要效率、對硬體的控制和可預(yù)測的效能——這些都是 C 和 C 語言擅長的領(lǐng)域。然而，這些語言存在記憶體安全問題和未定義行為等缺陷，導(dǎo)致開發(fā)人員尋求更好的替代方案。

為什麼要生鏽？

Rust 為系統(tǒng)程式設(shè)計中固有的許多挑戰(zhàn)帶來了創(chuàng)新的解決方案。以下是開發(fā)人員做出轉(zhuǎn)變的原因：

1.沒有垃圾收集器的記憶體安全

C 和 C 語言讓程式設(shè)計師可以手動控制內(nèi)存，但這種控制常常會導(dǎo)致緩衝區(qū)溢位、空指標(biāo)取消引用和記憶體洩漏等錯誤。 Rust 的所有權(quán)模型透過在編譯時執(zhí)行嚴(yán)格的規(guī)則來消除這些問題：

• 所有權(quán)和借用：確保在沒有運(yùn)行時開銷的情況下管理記憶體。
• 沒有空指標(biāo)或懸空指標(biāo)： Rust 透過設(shè)計防止了這些常見的錯誤原因。
• 安全並發(fā)： Rust 確保執(zhí)行緒安全，防止資料競爭。

2.現(xiàn)代工具與生態(tài)系

Rust 提供了增強(qiáng)開發(fā)人員體驗的現(xiàn)代工具：

• Cargo： Rust 的套件管理器和建置系統(tǒng)使依賴管理變得無縫。
• Crates.io： 一個充滿活力的庫（或「板條箱」）生態(tài)系統(tǒng)，供開發(fā)人員使用。
• Rust 分析器： 用於程式碼完成、linting 等的高階語言伺服器。

C 和 C 語言依賴分散的工俱生態(tài)系統(tǒng)，這使得 Rust 的整合方法成為一個顯著的優(yōu)勢。

3.無畏併發(fā)

並發(fā)是現(xiàn)代系統(tǒng)程式設(shè)計的基石，但在 C 和 C 中安全實現(xiàn)它是出了名的困難。 Rust 的所有權(quán)模型確保在編譯時擷取資料競爭。開發(fā)人員可以編寫並發(fā)程式碼，而不必?fù)?dān)心微妙的、難以調(diào)試的錯誤。

4.性能與 C 和 C 相當(dāng)

Rust 的效能與 C 和 C 相匹配，因為：

• 零成本抽象：迭代器和特徵等功能不會產(chǎn)生執(zhí)行時間開銷。
• 低階控制： Rust 允許對記憶體和硬體進(jìn)行細(xì)粒度控制。
• LLVM 後端： Rust 使用 LLVM 進(jìn)行程式碼產(chǎn)生可確保高度最佳化的二進(jìn)位檔案。

5.開發(fā)人員生產(chǎn)力與可讀性

Rust 的語法和現(xiàn)代功能提高了開發(fā)人員的工作效率：

• 錯誤訊息： Rust 提供了詳細(xì)的、初學(xué)者友善的錯誤訊息。
• 模式匹配和特徵：這些功能使程式碼更具表現(xiàn)力且更易於理解。
• 安全第一：在編譯時捕獲錯誤可以減少偵錯時間。

Rust 與 C 與 C：關(guān)鍵比較

在系統(tǒng)程式設(shè)計上採用 Rust

許多重大專案都採用 Rust 進(jìn)行系統(tǒng)程式設(shè)計：

1. Linux 核心： Rust 現(xiàn)在是官方支援的核心開發(fā)語言。
2. Firefox： Mozilla 的 Servo 引擎和 Firefox 的部分內(nèi)容是用 Rust 寫的。
3. AWS Nitro Enclaves： 使用 Rust 實現(xiàn)安全、隔離的運(yùn)算環(huán)境。
4. 作業(yè)系統(tǒng)： 像 Redox 這樣的新興作業(yè)系統(tǒng)專案完全是用 Rust 寫的。
5. 嵌入式系統(tǒng)： Rust 因其安全性和效能而被物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人技術(shù)採用。

使用 Rust 的挑戰(zhàn)

雖然 Rust 有很多優(yōu)點，但它也並非沒有挑戰(zhàn)：

• 學(xué)習(xí)曲線：所有權(quán)模式對新手來說可能很難掌握。
• 生態(tài)系成熟度：雖然發(fā)展迅速，但 Rust 的生態(tài)系仍比 C 和 C 年輕。
• 社區(qū)規(guī)模： 與 C 和 C 相比較小，儘管這種情況正在改變。

結(jié)論

Rust 將自己定位為系統(tǒng)程式設(shè)計的現(xiàn)代選擇，解決了 C 和 C 語言的缺點，同時保留了它們的效能和控制能力。透過優(yōu)先考慮記憶體安全、無畏並發(fā)和開發(fā)人員生產(chǎn)力，Rust 使開發(fā)人員能夠建立可靠、高效能的系統(tǒng)，同時減少錯誤並縮短開發(fā)週期。

對於那些考慮系統(tǒng)程式設(shè)計的人來說，學(xué)習(xí) Rust 不僅僅是一項面向未來的投資，它還是通往更安全、更有效率的軟體開發(fā)的門戶。

感謝您的閱讀！分享您對 Rust 在系統(tǒng)程式設(shè)計中的作用的看法。

以上是系統(tǒng)程式設(shè)計中的 Rust：為什麼開發(fā)人員選擇 Rust 而不是 C 和 C的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！