Программирование на Rust

Официальный гайд по языку программирования Rust от команды разработчиков Rust из Mozilla Foundation. Добро пожаловать в мир Rust! Этот официальный гид поможет вам создавать более быстрое и надежное программное обеспечение. Высокоуровневая эргономика и низкоуровневое управление часто противоречат друг другу, но Rust бросает вызов этому конфликту. Авторы книги входят в команду разработчиков языка, а значит, вы получите всю информацию из первых рук — от установки языка до создания надежных и масштабируемых программ. От создания функций, выбора типов данных и привязки переменных вы перейдете к более сложным концепциям: • Владение и заимствование, жизненный цикл и типажи. • Гарантированная безопасность программ. • Тестирование, обработка ошибок и эффективный рефакторинг. • Обобщения, умные указатели, многопоточность, типажные объекты и сопоставления. • Работа со встроенным менеджером пакетов Cargo для создания, тестирования, документирования кода и управления зависимостями. • Продвинутые средства работы с Unsafe Rust. Вы найдете множество примеров кода, а также три главы, посвященные созданию полноценных проектов для закрепления знаний: игры-угадайки, создание инструмента командной строки и многопоточного сервера. Вступление Предисловие Благодарности Об авторах Введение Кому подойдет язык Rust Команды разработчиков Студенты Компании Разработчики открытого исходного кода Люди, ценящие скорость и стабильность Для кого эта книга Как пользоваться этой книгой Ресурсы От издательства Глава 1. Начало работы Установка Установка инструмента rustup в Linux или macOS Установка инструмента rustup в Windows Обновление и деинсталляция Устранение неисправностей Локальная документация Здравствуй, Мир! Создание каталога проектов Написание и выполнение программы Rust Анатомия программы на языке Rust Компиляция и выполнение являются отдельными шагами Здравствуй, Cargo! Создание проекта с помощью Cargo Построение проекта Cargo и его выполнение Сборка для релиза Cargo как общепринятое средство Итоги Глава 2. Программирование игры-угадайки Настройка нового проекта Обработка загаданного числа Хранение значений с помощью переменных Обработка потенциального сбоя с помощью типа Result Печать значений с помощью заполнителей макрокоманды println! Тестирование первой части Генерирование секретного числа Использование упаковки для получения большей функциональности Генерирование случайного числа Сравнение загаданного числа с секретным числом Вывод нескольких загаданных чисел с помощью цикличности Выход из игры после правильно угаданного числа Обработка ввода недопустимых данных Итоги Глава 3 Концепции программирования Переменные и изменяемость Различия между переменными и константами Затенение Типы данных Скалярные типы Составные типы Функции Параметры функций Инструкции и выражения в телах функций Функции с возвращаемыми значениями Комментарии Управление потоком Выражения if Повторение с помощью циклов Итоги Глава 4. Концепция владения Что такое владение? Правила владения Область видимости переменной Строковый тип Память и выделение пространства Владение и функции Возвращаемые значения и область видимости Ссылки и заимствование Изменяемые ссылки Висячие ссылки Правила ссылок Срезовый тип Строковые срезы Другие срезы Итоги Глава 5. Использование структур для связанных данных Определение и инстанцирование структур Использование краткой инициализации полей: когда у переменных и полей одинаковые имена Создание экземпляров из других экземпляров с помощью синтаксиса обновления структуры Использование кортежных структур без именованных полей для создания разных типов Unit-подобные структуры без полей Пример программы с использованием структур Рефакторинг с использованием кортежей Рефакторинг с использованием структур: добавление большего смысла Добавление полезной функциональности с использованием типажей с атрибутом derived Синтаксис методов Определение методов Методы с большим числом параметров Связанные функции Несколько блоков impl Итоги Глава 6. Перечисления и сопоставление с паттернами Определение перечисления Выражение match как оператор управления потоком Паттерны, которые привязываются к значениям Сопоставление с Option Совпадения являются исчерпывающими Заполнитель _ Сжатое управление потоком с помощью if let Итоги Глава 7. Управление растущими проектами с помощью пакетов, упаковок и модулей Пакеты и упаковки Определение модулей для управления областью видимости и конфиденциальностью Пути для ссылки на элемент в дереве модулей Демонстрация путей с помощью ключевого слова pub Начало относительных путей с помощью super Обозначение структур и перечислений как публичных Введение путей в область видимости с помощью ключевого слова use Создание идиоматических путей use Предоставление новых имен с помощью ключевого слова as Реэкспорт имен с использованием pub Использование внешних пакетов Использование вложенных путей для очистки больших списков use Оператор glob Разделение модулей на разные файлы Итоги Глава 8. Общие коллекции Хранение списков значений с помощью векторов Создание нового вектора Обновление вектора Отбрасывание вектора отбрасывает его элементы Чтение элементов вектора Перебор значений в векторе Использование перечисления для хранения нескольких типов Хранение текста в кодировке UTF-8 с помощью строк Что такое тип String? Создание нового экземпляра типа String Обновление строки Индексирование в строках Нарезка строк Методы перебора строк Строки не так просты Хранение ключей со связанными значениями в хеш-отображениях Создание нового хеш-отображения Хеш-отображения и владение Доступ к значениям в хеш-отображении Обновление хеш-отображения Хеширующие функции Итоги Глава 9. Обработка ошибок Неустранимые ошибки и макрокоманда panic! Использование обратной трассировки при вызове panic! Устранимые ошибки с помощью Result Применение выражения match с разными ошибками Краткие формы для паники в случае ошибки: unwrap и expect Распространение ошибок Паниковать! Или не паниковать! Примеры, прототипный код и тесты Случаи, когда у вас больше информации, чем у компилятора Принципы обработки ошибок Создание настраиваемых типов для проверки допустимости Итоги Глава 10. Обобщенные типы, типажи и жизненный цикл Удаление повторов путем извлечения функции Обобщенные типы данных В определениях функций В определениях структуры В определениях перечислений В определениях методов Производительность кода с использованием обобщений Типажи: определение совместного поведения Определение типажа Реализация типажа в типе Реализации по умолчанию Типажи в качестве параметров Возвращение типов, реализующих типажи Исправление функции largest с помощью границ типажа Использование границ типажа для условной реализации методов Проверка ссылок с помощью жизненных циклов Предотвращение висячих ссылок с помощью жизненного цикла Контролер заимствования Обобщенные жизненные циклы в функциях Синтаксис аннотаций жизненных циклов Аннотации жизненных циклов в сигнатурах функций Мышление в терминах жизненных циклов Аннотации жизненных циклов в определениях структур Пропуск жизненного цикла Аннотации жизненных циклов в определениях методов Статический жизненный цикл Параметры обобщенного типа, границы типажа и жизненный цикл вместе Итоги Глава 11. Автоматизированные тесты Как писать тесты Анатомия функции тестирования Проверка результатов с помощью макрокоманды assert! Проверка равенства с помощью макрокоманд assert_eq! и assert_ne! Добавление сообщений об ошибках для пользователя Проверка на панику с помощью атрибута should_panic Использование типа Result в тестах Контроль выполнения тестов Параллельное и последовательное выполнение тестов Показ результатов функции Выполнение подмножества тестов по имени Игнорирование нескольких тестов, только если не запрошено иное Организация тестов Модульные тесты Интеграционные тесты Интеграционные тесты для двоичных упаковок Итоги Глава 12. Проект ввода-вывода: сборка программы командной строки Принятие аргументов командной строки Чтение значений аргументов Сохранение значений аргументов в переменных Чтение файла Рефакторинг с целью улучшения модульности и обработки ошибок Разделение обязанностей в двоичных проектах Исправление обработки ошибок Извлечение алгоритма из функции main Разбивка кода в библиотечную упаковку Развитие функциональности библиотеки с помощью методики разработки на основе тестов Написание провального теста Написание кода для успешного завершения теста Работа с переменными среды Написание провального теста для функции search, нечувствительной к регистру Реализация функции search_case_insensitive Запись сообщений об ошибках в стандартный вывод ошибок вместо стандартного вывода данных Проверка места, куда записываются ошибки Запись сообщения об ошибках в стандартный вывод ошибок Итоги Глава 13. Функциональные средства языка: итераторы и замыкания Замыкание: анонимные функции, которые могут захватывать среду Создание абстракции поведения с помощью замыканий Логический вывод типа и аннотация замыкания Ограничения в реализации структуры Cacher Захватывание среды с помощью замыканий Обработка серии элементов с помощью итераторов Типаж Iterator и метод next Методы, которые потребляют итератор Методы, которые производят другие итераторы Использование замыканий, которые захватывают свою среду Создание собственных итераторов с помощью типажа Iterator Улучшение проекта ввода-вывода Удаление метода clone с помощью Iterator Написание более ясного кода с помощью итераторных адаптеров Сравнение производительности: циклы против итераторов Итоги Глава 14. Подробнее о Cargo и Crates.io Собственная настройка сборок с помощью релизных профилей Публикация упаковки для Crates.io Внесение полезных документационных комментариев Экспорт удобного публичного API с использованием pub Настройка учетной записи Crates.io Добавление метаданных в новую упаковку Публикация в Crates.io Публикация новой версии существующей упаковки Удаление версий из Crates.io с помощью команды cargo yank Рабочие пространства Cargo Создание рабочего пространства Создание второй упаковки в рабочем пространстве Установка двоичных файлов из Crates.io с помощью команды cargo install Расширение Cargo с помощью индивидуальных команд Итоги Глава 15. Умные указатели Использование Box для указания на данные в куче Использование Box для хранения данных в куче Применение рекурсивных типов с помощью умных указателей Box Трактовка умных указателей как обыкновенных ссылок с помощью типажа Deref Следование по указателю к значению с помощью оператора разыменования Использование Box в качестве ссылки Определение собственного умного указателя Трактовка типа как ссылки путем реализации типажа Deref Скрытые принудительные приведения типов посредством deref с функциями и методами Как принудительное приведение типа посредством deref взаимодействует с изменяемостью Выполнение кода при очистке с помощью типажа Drop Досрочное отбрасывание значения с помощью std::mem::drop Rc — умный указатель подсчета ссылок Применение Rc для совместного использования данных Клонирование Rc увеличивает число ссылок RefCell и паттерн внутренней изменяемости Соблюдение правил заимствования во время выполнения с помощью RefCell Внутренняя изменяемость: изменяемое заимствование неизменяемого значения Наличие нескольких владельцев изменяемых данных путем сочетания Rc и RefCell Циклы в переходах по ссылкам приводят к утечке памяти Создание цикла в переходах по ссылкам Предотвращение циклов в переходах по ссылкам: превращение Rc в Weak Итоги Глава 16. Конкурентность без страха Использование потоков исполнения для одновременного выполнения кода Создание нового потока с помощью spawn Ожидание завершения работы всех потоков с использованием дескрипторов join Использование замыкания move с потоками Использование передачи сообщений для пересылки данных между потоками Каналы и передача владения Отправка нескольких значений и ожидание приемника Создание нескольких производителей путем клонирования передатчика Конкурентность совместного состояния Использование мьютексов для обеспечения доступа к данным из одного потока за один раз Сходства между RefCell /Rc и Mutex /Arc Расширяемая конкурентность с типажами Send и Sync Разрешение передавать владение между потоками с помощью Send Разрешение доступа из нескольких потоков исполнения с помощью Sync Реализовывать Send и Sync вручную небезопасно Итоги Глава 17. Средства объектно-ориентированного программирования Характеристики объектно-ориентированных языков Объекты содержат данные и поведение Инкапсуляция, которая скрывает детали реализации Наследование как система типов и как совместное использование кода Использование типажных объектов, допускающих значения разных типов Определение типажа для часто встречающегося поведения Реализация типажа Типажные объекты выполняют динамическую диспетчеризацию Объектная безопасность необходима для типажных объектов Реализация объектно-ориентированного паттерна проектирования Определение поста и создание нового экземпляра в состоянии черновика Хранение текста поста Делаем пустой черновик Запрос на проверку статьи изменяет ее состояние Добавление метода approve, который изменяет поведение метода content Компромиссы паттерна переходов между состояниями Итоги Глава 18. Паттерны и сопоставление Где могут использоваться паттерны Ветви выражения match Условные выражения if let Условные циклы while let Циклы for Инструкции let Параметры функций Опровержимость: возможность несовпадения паттерна Синтаксис паттернов Сопоставление литералов Сопоставление именованных переменных Несколько паттернов Сопоставление интервалов значений с помощью синтаксиса ... Деструктурирование для выделения значений Игнорирование значений в паттерне Дополнительные условия с ограничителями совпадений Привязки @ Итоги Глава 19. Продвинутые средства Небезопасный Rust Небезопасные сверхспособности Применение оператора разыменования к сырому указателю Вызов небезопасной функции или метода Обращение к изменяемой статической переменной или ее модифицирование Реализация небезопасного типажа Когда использовать небезопасный код Продвинутые типажи Детализация заполнительных типов в определениях типажей с помощью связанных типов Параметры обобщенного типа по умолчанию и перегрузка операторов Полный синтаксис для устранения неоднозначности: вызов методов с одинаковым именем Использование супертипажей, требующих функциональности одного типажа внутри другого типажа Использование паттерна newtype для реализации внешних типажей во внешних типах Продвинутые типы Использование паттерна newtype для безопасности типов и абстракции Создание синонимов типов с помощью псевдонимов типов Тип never, который никогда не возвращается Динамически изменяемые типы и типаж Sized Продвинутые функции и замыкания Указатели функций Возвращающие замыкания Макрокоманды Разница между макрокомандами и функциями Декларативные макрокоманды с помощью macro_rules! для общего метапрограммирования Процедурные макрокоманды для генерирования кода из атрибутов Как написать настраиваемую макрокоманду derive Макрокоманды, подобные атрибутам Макрокоманды, подобные функциям Итоги Глава 20. Финальный проект: сборка многопоточного сервера Сборка однопоточного сервера Прослушивание TCP-соединения Чтение запроса HTTP-запрос Написание ответа Возвращение реального HTML Проверка запроса и выборочный ответ Небольшой рефакторинг Превращение однопоточного сервера в многопоточный Моделирование медленного запроса в текущей реализации сервера Повышение пропускной способности с помощью пула потоков исполнения Корректное отключение и очистка Реализация типажа Drop для ThreadPool Подача потокам сигнала об остановке прослушивания заданий Итоги Приложение А. Ключевые слова Ключевые слова, употребляемые в настоящее время Ключевые слова, зарезервированные для использования в будущем Сырые идентификаторы Приложение Б. Операторы и символы Операторы Неоператорные символы Приложение В Генерируемые типажи Debug для вывода рабочей информации PartialEq и Eq для сравнений равенств PartialOrd и Ord для сравнений порядка Clone и Copy для дублирования значений Хеш для отображения значения в значение фиксированного размера Default для значений по умолчанию Приложение Г Полезные инструменты разработки Автоматическое форматирование с помощью rustfmt Исправляйте код с помощью rustfix Статический анализ кода с помощью Clippy Интеграция с IDE с помощью языкового сервера Rust Language Server Приложение Д Редакции The official book on the Rust programming language, written by the Rust development team at the Mozilla Foundation, fully updated for Rust 2018.The Rust Programming Language is the official book on Rust: an open source systems programming language that helps you write faster, more reliable software. Rust offers control over low-level details (such as memory usage) in combination with high-level ergonomics, eliminating the hassle traditionally associated with low-level languages.The authors of The Rust Programming Language, members of the Rust Core Team, share their knowledge and experience to show you how to take full advantage of Rust's features--from installation to creating robust and scalable programs. You'll begin with basics like creating functions, choosing data types, and binding variables and then move on to more advanced concepts, such as:Ownership and borrowing, lifetimes, and traitsUsing Rust's memory safety guarantees to build fast, safe programsTesting, error handling, and effective refactoringGenerics, smart pointers, multithreading, trait objects, and advanced pattern matchingUsing Cargo, Rust's built-in package manager, to build, test, and document your code and manage dependenciesHow best to use Rust's advanced compiler with compiler-led programming techniquesYou'll find plenty of code examples throughout the book, as well as three chapters dedicated to building complete projects to test your learning: a number guessing game, a Rust implementation of a command line tool, and a multithreaded server.New to this edition: An extended section on Rust macros, an expanded chapter on modules, and appendixes on Rust development tools and editions. The Rust Programming Language is the official book on Rust: an open source systems programming language that helps you write faster, more reliable software. Rust offers control over low-level details (such as memory usage) in combination with high-level ergonomics, eliminating the hassle traditionally associated with low-level languages.The authors of The Rust Programming Language, members of the Rust Core Team, share their knowledge and experience to show you how to take full advantage of Rust's features--from installation to creating robust and scalable programs. You'll begin with basics like creating functions, choosing data types, and binding variables and then move on to more advanced concepts, such as: Ownership and borrowing, lifetimes, and traits - Using Rust's memory safety guarantees to build fast, safe programs - Testing, error handling, and effective refactoring - Generics, smart pointers, multithreading, trait objects, and advanced pattern matching - Using Cargo, Rust's built-in package manager, to build, test, and document your code and manage dependencies - How best to use Rust's advanced compiler with compiler-led programming techniques. You'll find plenty of code examples throughout the book, as well as three chapters dedicated to building complete projects to test your learning: a number guessing game, a Rust implementation of a command line tool, and a multithreaded server. New to this edition: An extended section on Rust macros, an expanded chapter on modules, and appendixes on Rust development tools and editions The official book on the Rust programming language, written by the Rust development team at the Mozilla Foundation, fully updated for Rust 2018. The Rust Programming Language is the official, definitive guide to Rust, a hugely popular, community-supported programming language. This is the second edition of the improved version of the free online Rust book, so well-loved in the Rust community that it is simply referred to as "the Book". Programmers love Rust because it allows them to write powerful code efficiently, without the risk of crashes and errors common in languages like C and C++. This book will show readers how to use Rust's robust type system to keep programs memory-safe and speedy, and make the most of the Cargo package manager that brings the pieces of a program together. The reader will learn all about Rust's ownership rules, which lie at the heart of Rust's reliability and crash-resistant compiling. The Rust Programming Language covers everything from basic concepts like variable bindings, control flow, functions, and error handling, to more advanced topics, such as crates, generics, concurrency, and the nitty gritty of Rust's type system. With improved organization, hands-on features, and a more tutorial-oriented style, this version offers a vast improvement over the original. The second edition also provides an entirely new chapter on macros and an expanded chapter on crates, two key aspects of Rust that make it so popular. Readers will also find extra appendices on Rust development tools and Rust versions "The official guide to Rust, a community-developed, systems programming language. Begins with a hands-on project to introduce the basics, then explores key concepts in depth"-- Provided by publisher