【Rust】简要描述学习 Rust 的一些心得
# 简要描述学习 Rust 的一些心得本文旨在简要描述 Rust 相对于 C++ 的设计上的差异，有 C++ 基础的朋友们应该能看懂。如果你还会 Python 那就更容易了解 Rust 了。
Rust 给我的感觉是「像 Python 那样使用方便，但是静态类型 + RAII，有编译器优化，有完善的库，有包管理器」的编程语言。可以帮助程序员提高生产力，使用更低的思考成本去编写出运行效率更高、更适合团队合作的程序源码。
本文并不会全面介绍 Rust，如果想要全面学习 Rust，请阅读 (https://doc.rust-lang.org/book/title-page.html)。
如果你没有使用过 C++ 的经验，请勿阅读本文以节省您的时间。
## 安装 Rust
以下为 Windows 安装 Rust 的方式。
1. 下载 `rustup-init.exe` （自己搜）
2. 准备梯子（没有梯子的话，它的下载速度是 1B/s，四舍五入等于 0B/s）
3. 启动 Powershell
$proxy='http://<梯子IP>:<梯子端口>'
$ENV:HTTP_PROXY=$proxy
$ENV:HTTPS_PROXY=$proxy
cd ~\Downloads
.\rustup-init.exe
然后跟着向导安装就行。Windows 上你需要准备好你的 MSVC，因为 Rust 依赖 MSVC 生成 exe。Linux 上你需要有 gcc。
## 包管理
Python 有 pip，Rust 有 cargo。
## 编辑器
我用 Sublime Text。装个 Rust 语法高亮就行。有人会推荐你用 VSCode。看个人习惯，我更习惯 Sublime Text，我写 Python 用的也是这个。
写 Rust 不用像写 C++ 那样高度依赖 VS2022 编辑器。
我的同事认为我太变态了，直接拿简单的编辑器写 Python，没必要。他使用 VSCode 编辑并调试 Python。
## 变量
请看例子代码，对比 Rust 和 C++ 在定义变量的语法上的差异。
```
let x = 5; // Rust
const auto x = 5; // C++
let mut y = 5; // Rust
auto y = 5; // C++
let z: u32 = 5; // Rust
const uint32_t z = 5; // C++
```
Rust 的变量默认不可变，加了 `mut` 修饰后就可变了。作为对比，C++ 的变量默认可变，加了 `const` 就不可变了。
Rust 允许重复定义同名的变量，新定义的同名变量会覆盖掉旧的，但是如果新的同名变量没了（比如 Out of scope 了），旧的变量就又能用了。这个叫变量的 Shadowing 概念。
Rust 也有像 C++ 那样的「引用」的概念，用 `&` 表示引用。但是 Rust 的变量不是你想引用几次就引用几次的，它有条件限制，不过如果你写过正经的 C++，这个限制并不会对你造成什么妨碍，反而会让你舒适。
## 整数溢出检查
以 Debug 方式编译的 Rust 程序的整数运算会像 VB6 那样，检查整数是否溢出，如果有溢出就会造成 panic，可以使用专门的“允许溢出”的计算方式去计算。而如果是 Release 方式编译的 Rust 程序则不会检查整数溢出。
## 语句和表达式
Rust 的特性，请看例子代码：
```
let x =
{
语句1;
语句2;
函数调用();
返回值 // 注意没有分号
};
```
它会按顺序运行 `语句1; 语句2; 函数调用();` 然后把 `返回值` 赋给 `x`。
这里面的 `{}` 块是一个表达式，它是有返回值的（也可以没有）。下面有个更直观的例子，写成一行就是：
```
let x = {语句1; 语句2; 语句3; 语句4; 返回值};
```
它会按顺序运行 `语句1; 语句2; 语句3; 语句4;` 然后把 `返回值` 赋给 `x`。
相同的规则也可以应用到函数定义上，请看例子代码：
```
fn foo() -> i32
{
let a = 40;
let b = 2;
a + b
}
```
这个函数运行后会返回 42。如果你不喜欢这种方式，你也可以用 `return`，如下：
```
fn foo() -> i32
{
let a = 40;
let b = 2;
return a + b;
}
```
如果你曾经是 C 语言的宏孩儿，那这个特性应该能让你爽到。
此外，Rust 有类似于 Python 的一些写法，比如 `` 是数组，`(1, 2, 3)` 是 `tuple`，而 `(u32, i32, i8)` 这样的则是声明一个 `tuple` 的每个成员的具体类型。
## 资源 Ownership
Rust 的资源 Ownership 会让人觉得这是它的一个独特的语法特性，似乎难以理解，但其实如果你知道 C++ 的 `std::move()`，理解 `移动构造`，你就比较容易理解 Rust 的 Ownership 概念。
C++ 的 `std::move()` 是移动语义，比如智能指针的操作，使用移动语义可以把智能指针本身（而不是其指向的内容）移动到另一个智能指针身上。
* Rust 有 RAII，规则基本上和 C++ 相同。
* Rust 的结构体有 `Copy()` 和 `Clone()` 方法，用于区分一个结构体是否可以用移动语义。如果你实现了 `Clone()` （深拷贝），那么你的这个结构体就可以用移动语义。
* Rust 的赋值语句 `=` 是移动语义，也就是相当于进行一个 C++ 的 `std::move()` 操作。基本变量类型除外。
* 同理，Rust 的函数调用，其参数也是这样传递的（移动语义）。函数结束的时候，这个资源被回收。绝大多数情况下是不这样整的，因此通常都是传递引用。
有一种每个优化细节都被把握在自己手掌心上的安全感。
在移动语义这块，C++ 用好 `std::move()` 可以达到接近的效果。
除了默认的移动语义外，Rust 还有以下的关于引用的限定规则：
* 有只读引用和可变引用，前者指的是不能修改被引用的变量，后者允许修改被引用的变量。
* 同一个 Scope 里，对一个变量可以有多个只读引用，但是只能有最多一个可变引用，一旦有了可变引用，就不能有只读引用。
不过实际上规则并没有这么死板，引用只在被你使用的时候（比如作为函数参数传递的时候，或者结构体成员方法会改变结构体自身数据的时候），它检查变量是否符合引用规则。
Rust 编译器在编译期间可以判断每个引用是否有效，任何时候你使用了一个引用了 Out of scope 的变量的时候（最简单的例子，比如函数返回一个 Scope 内的变量的引用），它会报错提示。
## 字符串或者数组的 Slicing
Rust 的字符串或者数组可以像 Python 那样去取 Slice（视为对字符串或者数组的引用，遵循引用规则）。但是对于字符串，一般不轻易取 Slice，因为 Rust 的字符串是 UTF-8 编码的，但你去 Slice 它的时候，你用的 Index 是基于字节而不是字符的。Rust 认为数组、字符串用 `[]` 去取其中的元素的这种写法，必须符合 O(1) 复杂度。Python 则不一定，有时候时间复杂度即使是 O(n) ，它也有东西是把接口设计成让你用 `[]` 去取的。
那如果你真的去 Slice 一个 UTF-8 的字符串，会怎样？Rust 会判断你是不是取完整了一个 UTF-8 字符串，如果取完整了，那就没事；否则它就 panic，提示你截断了 UTF-8 的字符。Rust 的字符串提供了遍历每个 UTF-8 字符的方法。
Rust 的字符串有两个类型，一个是 `str`，一个是 `String`，后者拥有一块堆上内存，存储字符串的内容。
Rust 的字符串常量属于 `str`，而 Rust 的字符串 Slice 也是 `str`。
C++ 没有这么方便的 Slice。C++ 从 UTF-8 字符串里面取出来的是 C++ 的 `char`。C++ 没有针对 UTF-8、UTF-16、UTF-32 进行互相转换的标准库。惨。
## 枚举
当你看到以下的代码的时候，你是不是觉得 Rust 的 `enum` 和 C++ 的几乎是一样的？
```
enum IpAddrKind
{
V4,
V6,
} // 这里没有分号
```
但是当你看到以下代码的时候，你会懵圈，为啥 Rust 的 `enum` 还能包含数据类型？
事实上，Rust 的 `enum` 的每一个枚举项，都可以携带一个属于它的专属的变量类型的数据。
```
enum IpAddr
{
V4(String),
V6(String),
}
```
或者：
```
enum IpAddr
{
V4(u8, u8, u8, u8),
V6(String),
}
```
其实，这段代码相当于以下的 C++ 代码：
```
enum IpAddr_enum
{
V4,
V6,
};
struct IpAddr
{
IpAddr_enum tag;
union
{
uint8_t V4_value; // 对应上面的 (u8, u8, u8, u8)，猜猜看我为什么不使用 std::tuple
std::string V6_value; // 此处假设这个 V6_value 能得到正确的初始化和资源释放
};
};
```
Rust 自带的 `Option<T>` 是一个很有用的枚举，它用于消灭 `null`。它的定义如下：
```
enum Option<T> {
None,
Some(T),
}
```
当你的数据有可能是“没有”的状态的时候，也就是你如果有可能需要使用 `是否为 null` 的写法的时候，这个枚举就派上用场了。使用 `match` 块（类似于 C++ 的 `switch`）来判断这个类型的变量，如果是 `None` 那就没有数据；如果是 `Some` 那么你可以提取出对应类型的数据。具体看《The Book》的 *The match Control Flow Construct* 章节，可以在每个 case 的位置用括弧给你的数据定义变量名，然后拿来用。
为什么它被用于“消灭 `null`”？因为它强制你首先判断一个数据是不是 `None`，然后才允许你去用这个数据。这种麻烦让你首先就去思考要不要把一个数据整成“可 `null` 的数据”。
## 结构体
Rust 的结构体声明方式有很多种，熟悉 C++ 的人应该更适应下面这种：
```
struct User
{
active: bool,
username: String,
email: String,
sign_in_count: u64,
}
```
Rust 可以直接用 `tuple` 的方式声明结构体，比如：
```
struct Color(i32, i32, i32); // 这种结构体的成员可以用 x.0、x.1、x.2 的方式访问。
```
Rust 不像 C++ 那样拥有默认构造函数，正常情况下，创建结构体实例的时候必须初始化每一个成员。
Rust 没有结构体继承的概念。
Rust 的结构体可以很方便地调试，使用 `dbg!()` 可以在运行的时候打印结构体的每个成员名字和值，而且有多种方式控制打印出来的格式。
Rust 结构体方法的定义写在 `struct` 块的外面，如下：
```
struct Rectangle
{
width: u32,
height: u32,
}
impl Rectangle
{
fn area(&self) -> u32
{
self.width * self.height
}
}
```
看到 `&self` 了吗？像不像 Python？如果你不会 Python，你可以理解为这个 `&self` 相当于 C++ 的 `*this`。
一个 `impl` 块可以包含多个成员方法。Rust 允许你给一个结构体编写多个 `impl` 块。
构造函数怎么写？参考下面的代码：
```
impl Rectangle
{
fn square(size: u32) -> Self
{
Self
{
width: size,
height: size,
}
}
}
```
这个函数构造一个正方形的 `Rectangle`。
## 库与目录结构，命名空间
这块，Rust 像 Python。Python 用 `import` 引入一个 Python 的库，这个 `import` 遵循一定的目录结构规则，而 Rust 的 `mod` 也有差不多的规则，每个模块有它自己的命名空间。
除此以外，在单个源码文件里，Rust 可以使用 `mod xxx {}` 块来定义命名空间，类似于 C++ 的 `namespace {}` 块。
Rust 使用双冒号 `::` 来访问子命名空间，像 C++。
Rust 可以用 `use` 来简化命名空间，类似于 C++ 的 `using namespace`。
Rust 使用 Cargo 管理模块，爽。
### 公共，私有的控制
Rust 用 `pub` 前缀来修饰模块、结构体、成员方法、函数的公有性。把一个子模块整成公有的以后，外部就能访问你的子模块。结构体被整成公有的以后，外部就能使用你的结构体。把结构体的成员方法整成公有的后，外部就能调用你的结构体成员方法。
Python 使用下划线 `_` 前缀修饰模块或者类的成员，使其成为私有的。惨。
##数据结构
### 向量
Rust 有 `Vec<T>`，约等于 C++ 的 `std::vector<T>`。在 Rust 引用 `Vec<T>` 里面的元素的时候，有两种写法：
```
let v = vec!;
// 写法1
let third: &i32 = &v; // 如果 index 超出了，它就 panic
// 写法2
let third: Option<&i32> = v.get(2);
// 利用了 Option<T> 的特性，如果 index 超出了，它就返回 None，否则返回 Some(数据)
```
Rust 可以直接用 `for i in &v {}` 来遍历 `v`。写法像 Python。C++ 用 `for (auto i: v) {}` 来遍历 `v`。如果要在循环的时候修改数据，Rust 用这种写法：`for i in &mut v {*i += 50;}` （此处需要解引用 `i`）
### 哈希表
今天先写到这，等我继续学 Rust。
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