Rust language Intro

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Rust

一门非常重视开发者用户体验的语言
如果你想从其他语言迁移到Rust,必须经过一段时期的思维转换(Paradigm Shift)

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命令式(imperative)编程语言转换为函数式(function)编程语言
变量的可变性(mutable)迁移到不可变性(immutable)
弱类型语言迁移到强类型语言
从手工或者自动内存管理到通过生命周期来管理内存

Rust最大的思维转换就是变量的所有权和声明周期

1. 前置知识篇

  • 内存
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    # 栈
    > 栈自上而下增长
    > 栈是程序运行的基础，每当一个函数被调用时，一块连续的内存就会被栈顶分配出来，这块内存被称为帧(frame)
    > 在编译时，一切无法确定大小或者大小可以改变的数据,都无法放在栈上，只能放在堆上
    > 存放栈上的值，它的大小在编译期就需要确定

    # 堆
    > 堆自下而上增长
    > 堆上分配内存时，一般都会预留一些空间
    > 动态分配大小的内存需要被分配到堆上，动态声明周期的内存也需要分配到堆上.
    > 堆上分配出来的每一块内存需要显式地释放，这就使堆山内存有更加灵活的声明周期，可以在不同的调用栈之间共享数据
    > 堆可以存放大小未知或者动态伸缩的数据类型

    栈上存放的数据时静态的，静态大小，静态生命周期，堆上存放的数据时动态的，动态大小，动态生命周期

    # GC vs ARC
      1. GC在内存分配和释放上无需额外操作，而ARC添加了大量的额外代码处理引用计数，所以GC效率更高，吞吐量(throughput)更大
      2. GC释放内存的时机不确定，释放时引发的STW(Stop The World)会导致代码执行的延迟latency.一般携带GC的编程语言不适合做嵌入式系统或者实时系统
  • 数据
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    > 程序操作的对象

    # 值和类型
    > 编程语言的类型可以分为原生类型和组合类型
      - 原生类型(primitive type) : 所有原生类型的大小都是固定的，因此他们可以被分配到栈上
        - 字符
        - 整数
        - 浮点数
        - 布尔值
        - 数组array
        - 元组tuple
        - 指针
          - 胖指针(fat poiner): 比正常指针携带更多信息的指针
      - 组合类型(composite type) : 由一组原生类型和其它类型组合而成的类型
        - 结构体(structure type): 多个类型组合在一起共同表达一个值的复杂数据结构
        - 标签联合(tagged union): 不相交并集
  • 指针和引用
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    指针和应用都指向内存地址，只不过二者在解引用时的行为不一样
    引用只能解引用到原来的数据类型
  • 函数
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    > 函数时代码中重复行为的抽象
    > 方法时对象内部定义的函数
    > 函数是编程语言的基本要素,是对完成某个功能的一组相关语句和表达式的封装
    > 函数往往是一等公民，意味着函数可以作为参数传递，或者作为返回值返回，也可以作为符合类型中的一个组成部分
  • 闭包
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    > 闭包是一种特殊的函数，会捕获函数体内使用到的上下文中的自由变量,作为闭包成员的一部分
    > 闭包是将函数和其环境一起存储的一种数据结构
    > 闭包引用的上下文中的自由变量会被捕获到闭包的结构中，成为闭包类型的一部分
  • 接口&&虚表
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    # 接口
    > 作为一个抽象层,接口将使用方和实现方隔离开来，使两者不直接有依赖关系，大大提高了复用性和扩展性

    # 虚表 virtual table
    > 虚表是指向一张涵盖接口所支持方法的列表
  • 并发(concurreny)与并行(parallel)
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    # 并发
    > 并发是同时与多件事情打交道的能力，比如系统可以在任务1做到一定程度后，保存该任务的上下文，挂起并切换到任务2，然后过段时间在切换回任务1

    # 并行
    > 并行是同时处理多件事情的手段，任务1和任务2可以在同一个时间片下工作,无需上下文切换

    拥有高并发处理能力的编程语言会在用户程序中嵌入一个M:N的调度器，把M个并行任务，合理地分配在N个CPU core上并行运行,让程序的吞吐量达到最大
  • 同步和异步
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    # 同步
    > 指一个任务开始执行后，后续的操作回阻塞，直到这个任务结束
    > 同步执行保证了代码的因果关系(causality),是程序正确性的保证

    # 异步
    > 指一个任务开始执行后，与它没有因果关系的其他任务可以正常执行，不必等待前一个任务结束
      - Promise(future/delay/deferred): 对象用来描述未来某个时刻才能获得的结果的值
        - 初始状态: Promise还未运行
        - 等待pending状态: Promise已经运行，但还没有结束
        - 结束状态: promise成功解析出一个值，或者执行失败
      - async/await
        > async/await是一个语法糖(syntactic sugar)使用状态机将promise包装起来，让异步调用的使用感觉和同步调用非常类型
        - async定义一个可以并发执行的任务
        - await触发并发执行
  • 编程泛式
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    # 泛型编程
      - 数据结构的泛型
      - 代码的泛型化

2. 基础知识篇

  • 第一个程序
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    ➜ tree scrape_url
    scrape_url
    ├── Cargo.lock
    ├── Cargo.toml      -- Rust项目的配置管理文件
    ├── src
    │   └── main.rs
    └── target
        ├── CACHEDIR.TAG
        └── debug
            ├── build
            ├── deps
            │   ├── libscrape_url-f8d1878e1d7fc033.rmeta
            │   └── scrape_url-f8d1878e1d7fc033.d
            ├── examples
            └── incremental
                └── scrape_url-2n1xt1o9t0ikb
                    ├── s-g4eprmaq6h-ez2nl7-1g41whu33uaqz
                    │   ├── dep-graph.bin
                    │   ├── query-cache.bin
                    │   └── work-products.bin
                    └── s-g4eprmaq6h-ez2nl7.lock

    9 directories, 10 files

    scrape_url on  main [?] is 📦 v0.1.0 via 🦀 v1.52.0 took 8s
    ➜ cargo run
       Compiling scrape_url v0.1.0 (/Users/chyiyaqing/chyi/github.com/begin-rust/scrape_url)
        Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 3.13s
         Running `target/debug/scrape_url`
    Fetching url: https://www.rust-lang.org/
    Converting html to markdown...
    Converted markdown has been saved in rust.md.

    > Rust使用cargo工具管理项目
    > Rust整体语法偏向C/C++风格
    > Rust支持面向接口编程和泛型编程
    > Rust有非常丰富的数据类型和强大的标准库
    > Rust有非常丰富的控制流程
    > Rust默认变量不可变，可以添加mut关键字让变量具备可变性
    > Rust项目的组织可以用mod来组织代码
    > Rust一个项目被称为crate (cargo new <name> -- lib 创建一个库)
  • Rust变量的所有权和生命周期
  • Rust内存管理方式
  • C的手工管理
  • Java的GC
  • Swift的ARC
  • Rust语言特性
    • 函数式编程特性
    • 类型系统
    • 范性编程
    • 错误处理

3. 进阶篇

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4. 并发篇

  • 无畏并发(Fearless Concurrency)

5. 实战篇

  • HTTPie
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名词解释

学习过程就像《中庸》里谈治学的方法：博学之、审问之、慎思之、明辨之、笃(du)行之
算法+数据结构=程序, Pascal之父,图灵奖得主Niklaus Wirth

  • Paradigm Shift : 思维转换
  • Stack Overflow: 栈溢出
  • heap out of bounds: 堆越界
  • use after free : 堆上的内存被释放，但栈上指向堆上内存的响应指针没有被清空
  • Tracing GC : 追踪式垃圾回收(通过定期标记mark找出不再被引用的对象，然后将其清理sweep掉，来自动管理内存)
  • Automatic Reference Counting: 自动引用计数 (编译时，为每个函数插入retain/release语句来自动维护堆上对象的引用计数，当引用计数为零的时候，release语句就释放对象)
  • throughput: 吞吐量
  • syntactic sugar: 语法糖
  • Principle of Least Privilege: 最小权限原则
  • derive macro : 派生宏

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