Рассказываем о быстром, мощном и надежном языке программирования от Mozilla: чем известен, кому подходит и где можно использовать.
Что такое Rust
Это мультипарадигменный компилируемый язык программирования общего назначения. Разберем это определение по частям.
Мультипарадигмальность означает объединение нескольких подходов: функционального, декларативного и объектно-ориентированного программирования. Разработчик может выбирать стиль в соответствии с задачей и особенностями проекта.
Компилируемость означает, что исходный код переводится в бинарный — понятный машине язык. Исполняемый файл формируется перед запуском программы. Этим компилируемые ЯП отличаются от интерпретируемых — Python, JavaScript, PHP, в которых интерпретация ведется построчно специальным ПО при запуске приложения. Как правило, компилируемость повышает производительность и позволяет программам работать быстрее.
Общее назначение означает, что Rust не привязан к конкретной области или типу ПО, поэтому имеет мало ограничений по сценариям использования. С его помощью можно писать веб-приложения, создавать инструменты командной строки, утилиты для работы с железом, нейросетевые сервисы и высоконагруженные системы.
Раст сочетает высокоуровневые и низкоуровневые характеристики. Можно взаимодействовать с низкоуровневыми, системными элементами — например, при использовании памяти, как в C и C++. При этом сохраняется высокий уровень абстракции и несложный синтаксис, как в высокоуровневых Python, Java, JS и PHP.
История создания Rust
В 2006 году внутри компании Mozilla Research возникла идея объединить высокую производительность, надежность и удобство разработки в новом языке программирования. Автор проекта Грэйдон Хор сфокусировался на создании системы управления памятью, которая упростила бы работу программиста и при этом сохранила быстродействие. Еще одной задачей стало обеспечение безопасности параллелизма с помощью системы владения и заимствования, которая позволяет контролировать доступ к данным в многопоточной среде.
Хор начал создание проекта параллельно с основной работой в Mozilla. Спустя несколько лет он представил результаты команде, и компания спонсировала дальнейшую разработку. Первая альфа-версия вышла в 2012 году, а полноценный публичный релиз — в 2015 году.
Со временем мировое ИT-комьюнити оценило безопасность, производительность и удобство платформы. Раст используется в известных продуктах и сервисах: Dropbox, Discord, Yelp, Twitter, ВКонтакте.
Особенности языка программирования Раст
Memory safety — безопасность памяти
Одной из отличительных черт является система управления памятью, состоящая из трех регионов:
- Data memory — хранилище статических данных:
- имеет фиксированное, заранее известное расположение;
- доступно в любой момент выполнения программы;
- Stack memory — хранилище переменных:
- хранит данные, которые объявлены как переменные внутри тела функции;
- доступно в любой момент вызова функции;
- Heap memory — хранилище динамических данных:
- хранит данные, которые создаются во время выполнения программы;
- позволяет гибко использовать динамические данные в памяти: удалять, перемещать и менять размер.
Такая структура хранения обеспечивает экономичное использование памяти и высокую скорость работы с данными на всех уровнях. Отсутствие garbage collection положительно влияет на быстродействие программ. Возможно самостоятельное управление расположением данных в памяти, а кодовый анализатор помогает предотвратить утечки и снизить число ошибок при работе с многопоточностью.
Безопасность параллелизма
Язык Rust обеспечивает надежную поддержку многопоточного программирования благодаря встроенным инструментам: системе владения и системе типов Send и Sync.
Система владения и заимствования позволяет контролировать доступ к данным в многопоточной среде. Каждый объект может иметь только одного владельца в определенный момент времени, что предотвращает возможность неопределенного поведения и повышает надежность ПО.
Во время компиляции проводится статическая проверка типов, чтобы гарантировать отсутствие ошибок параллелизма. Для расширения многопоточной функциональности используются типажи:
- Send — разрешение передачи во владение между потоками;
- Sync — разрешение доступа из нескольких потоков.
Такой набор инструментов помогает одновременно решать две задачи: управлять безопасностью памяти и проблемами многопоточного параллелизма. Это облегчает разработку приложений с многопоточностью и параллельными процессами, уменьшая количество ошибок и делая систему более стабильной.
C-подобный синтаксис
Программный код похож на C++, но в большинстве случаев более компактный и имеет менее перегруженную архитектуру.
Для примера разберем фрагмент, который выводит текст «Hello, GitVerse!».
Фрагмент определяет функцию fn main(), которая является точкой входа в программу. Внутри fn main() используется макрос println!(), который отправляет текст на стандартный вывод. Фигурные скобки ограничивают тело fn main().
Результат исполнения:
Для сравнения посмотрим, как выглядит реализация той же задачи на C++:
Фрагмент определяет точку входа в программу с помощью функции main() внутри которой используется объект std::cout для стандартного потока вывода и оператор << для вывода текста «Hello, GitVerse!» в этот поток.
Статическая типизация
Строгая система статической типизации решает проблему несоответствия типов данных. Большая часть ошибок выявляется на этапе компиляции, что снижает риски сбоя во время выполнения программы. Благодаря этому решению код становится более стабильным и предсказуемым, с ним проще работать как на стадии разработки проекта, так и при его отладке.
Где используется Rust и что на нем пишут
Язык позволяет быстро проводить сложные расчеты, обрабатывать большие массивы данных, взаимодействовать с системными компонентами и аппаратной частью. Эти возможности используются в разных сферах, например:
- высоконагруженные серверы;
- веб-приложения;
- движки для сайтов;
- блокчейн-системы;
- приложения на ПК;
- симуляторы и игры с высокими требованиями к производительности;
- операционные системы;
- Big Data;
- проекты, связанные с машинным обучением.
Раст хорошо подходит для совместной работы больших команд. За поиск ошибок параллелизма и скрытых проблем в коде отвечает компилятор, поэтому разработчики могут сфокусироваться на выстраивании логики программы и решении творческих задач. Доступны встроенные средства оптимизации командной работы, например, менеджер зависимостей Cargo для безболезненной компиляции, инструмент форматирования Rustfmt, интеграция с IDE. А чтобы консолидировать все данные по проекту в надежном хранилище, можно использовать GitVerse. Это российская платформа для хранения исходного кода, совместной работы над проектом, обмена идеями и привлечения в команду новых участников.
Плюсы и минусы Rust
Главные преимущества — надежность и производительность. Управление памятью без сборщика мусора, эффективное управление потоками, низкоуровневые абстракции делают этот язык привлекательным для разработки программных продуктов разного назначения.
Также к преимуществам можно отнести:
- универсальность — возможность подключать внешние библиотеки, вызывать из ПО блоки на C и C++;
- кроссплатформенность — создание приложений для мобильных и десктопных устройств, банкоматов, терминалов и другого оборудования;
- богатый инструментарий — интегрированный пакетный менеджер, умная мультиредакторная поддержка с автодополнением кода, проверками типов, автоматическим форматированием;
- удобный компилятор — рекомендации по исправлению ошибок, возможность тестирования функциональности встроенными модульными тестами.
Одна из особенностей ЯП — частые обновления. С одной стороны, это хорошо: платформа постоянно развивается, повышаются безопасность, удобство и функциональность. С другой стороны, изменчивость может стать недостатком. С каждым обновлением программистам приходится осваивать новые подходы и методы, что отнимает время и замедляет процесс разработки. При этом экосистема библиотек все еще не так обширна, как у более популярных Python и JavaScript. Для реализации некоторых задач приходится писать собственные решения с нуля.
Подходит ли Раст начинающим программистам
Высокий порог входа делает язык менее доступным для новичков в программировании. Нужно не только изучать синтаксис Rust, но и осваивать системные концепции, ключевые аспекты работы с памятью, параллелизма и многопоточности.
Однако у платформы отличная документация и живое сообщество. В сети можно найти текстовые и видеоинструкции, подробные описания методов, классов и библиотек с примерами использования. Поэтому обучение программированию с нуля вполне возможно, хотя зачастую требует больше ресурсов, чем при освоении Java или Python.
После обучения и наработки опыта Rust Developer может рассчитывать на высокую зарплату и участие в амбициозных проектах. Но востребованность на рынке труда не очень высокая. По состоянию на май 2024 года количество вакансий на «Хабр Карьере», hh.ru и других популярных сайтах гораздо меньше, чем по C++, C или Java.