На чем написан rust
Rust — молодой и дерзкий язык программирования
Говорят, что это одновременно C++ и Haskell.
Первая версия языка Rust появилась в 2010 году, и он сразу занял третью строчку в списке любимых языков разработчиков на StackOverflow. Год спустя Rust возглавил этот список и держался там несколько лет. Давайте посмотрим, почему этот язык стал таким популярным, в чём его особенности и почему вокруг него много споров.
В чём идея языка Rust
Автору языка нравилась скорость работы и всемогущество языка C++ и надёжность Haskell. Он поставил перед собой задачу совместить оба этих подхода в одном языке, и за несколько лет он собрал первую версию языка Rust.
Rust позиционируется как компилируемый системный мультипарадигмальный язык высокого уровня. Сейчас поясним, что это значит.
👉 Компилируемый язык означает, что готовая программа — это отдельный файл, который можно запустить на любом компьютере с нужной операционной системой. Для запуска не нужно устанавливать среду разработки и компилятор, достаточно, чтобы скомпилированная версия подходила к вашему компьютеру.
👉 Системный — это когда на языке пишут программы для работы системы в целом. Это могут быть операционные системы, драйверы и служебные утилиты. Обычные программы тоже можно писать на Rust — от калькулятора до системы управления базами данных. Системный язык позволяет писать очень быстрые программы, которые используют все возможности железа.
👉 Мультипарадигмальный значит, что в языке сочетаются несколько парадигм программирования. В случае Rust это ООП, процедурное и функциональное программирование. Причём, ООП в Rust пришло из C++, а функциональное — из Haskell. Программист может сам выбирать, в каком стиле он будет писать код, или совмещать разные подходы в разных элементах программы.
Синтаксис и код
За основу синтаксиса в Rust взят синтаксис из C и C++.Например, классический «Привет, мир!» на Rust выглядит так:
fn main() <
println!(«Hello, world!»);
>
Если вы знакомы с подобным синтаксисом, то сможете быстро начать писать и на Rust. Другое дело, что в Rust есть свои особенности:
let x = if new_game() < 4 >
else if reload() < 3 >
else
Последнее разберём подробно. При такой записи переменная x будет равна четырём, если функция new_game() вернёт значение true. Если этого не случится, компилятор вызовет функцию reload() и проверит, что получилось. Если true, то x примет значение 3, а если и это не сработает — то x станет равным 0.
Ещё в Rust есть сравнение переменной с образцом. В зависимости от того, с каким образцом совпало значение переменной, выполнится та или иная функция:
Главная особенность программ на Rust
Несмотря на синтаксис, похожий на C, главную особенность программ на Rust разработчики взяли из Haskell, и звучит она так:
Если программа на Rust скомпилировалась и не упала во время запуска, то она будет работать до тех пор, пока вы сами её не остановите.
Это значит, что программы на Rust почти так же надёжны, как программы на Haskell. Почти — потому что если программист использует «небезопасный» блок unsafe, который даёт ему прямой доступ к памяти, то в теории это иногда может привести к сбоям. Но даже с такими блоками Rust старается справляться сам и падает только в безнадёжных случаях.
Плюсы и минусы языка
Когда язык совмещает в себе несколько разных подходов из других языков, он получает большинство преимуществ каждого из них:
Минусы в основном связаны со скоростью развития языка. Так как Rust развивается очень быстро, то часто бывает так, что код из старой версии не работает в новой версии. Ещё к минусам можно добавить:
Что написано на Rust
Чаще всего Rust используют в тех проектах, где нужна стабильность и надёжность при высокой нагрузке и общее быстродействие программы.
На практике Rust подходит для разработки ОС, веб-серверов, системных программ мониторинга, веб-движков, а также для создания масштабируемых частей фронтенда и бэкенда. Например, вот самые известные проекты, где Rust был основным языком программирования:
Rust очень любят, но что в нём особенного?
Авторизуйтесь
Rust очень любят, но что в нём особенного?
Rust оказывается самым любимым языком по версии StackOverflow шесть лет подряд. В чём его секрет? Короткий ответ — Rust избавлен от болевых точек, которые есть во многих современных языках программирования.
Мы рассмотрим несколько примеров того, как Rust справляется с проблемами других языков и его недостатки, которые тоже присутствуют.
Наследник динамически типизированных языков
Споры между программистами, которые предпочитают динамическую типизацию статической, вероятно, будут продолжаться еще десятилетия, но трудно спорить о преимуществах статических типов.
Развитие таких языков, как TypeScript и наличие таких возможностей, как аннотации типов в Python, свидетельствуют о том, что люди разочаровались в текущем состоянии динамической типизации.
Статически типизированные языки позволяют использовать ограничения на данные и их поведение, проверяемые компилятором, что снижает когнитивные издержки и недопонимание.
Однако не все способы статической типизации эквивалентны. Многие статически типизированные языки поддерживают концепцию NULL.
Это значит, что любое значение может отсутствовать, таким образом создавая второй возможный тип для каждого типа. Как Haskell и некоторые другие современные языки программирования, Rust реализует эту возможность с помощью типа optional, и компилятор требует, чтобы вы указывали case None.
Это предотвращает возникновение ошибки: TypeError: Cannot read property ‘foo’ of null во время выполнения программы, вместо этого ошибка появляется ещё во время компиляции, и вы можете устранить её до того, как пользователь ее увидит. Вот пример функции для приветствия кого-либо независимо от того, знаем мы его имя или нет; если бы мы забыли случай None в match или попытались использовать имя так, как если бы оно было всегда присутствующим строковым значением, компилятор выдал бы ошибку.
Статическая типизация в Rust делает все возможное, чтобы не мешать программисту, при этом обеспечивая поддержку. Некоторые языки со статической типизацией ложатся большой нагрузкой на программиста, требуя многократного повторения типа переменной, что препятствует удобочитаемости и рефакторингу. Другие статически типизированные языки допускают вывод типа во всей программе.
Хотя это удобно в начале разработки, снижается способность компилятора предоставлять полезную информацию об ошибках, в случае несовпадения типов. Rust учится на обоих этих стилях и требует, чтобы элементы верхнего уровня, такие как аргументы функций и константы, имели явные типы, позволяя при этом выводить типы внутри тел функций. В этом примере компилятор Rust может определить тип дважды, 2 и 1, поскольку параметр val и возвращаемый тип объявлены как 32-разрядные целые числа со знаком.
Наследник языков со сборщиком мусора
Одним из самых больших преимуществ использования системного языка программирования является возможность контролировать низкоуровневые детали.
Rust позволяет выбирать между хранением данных в стеке или в куче и во время компиляции определяет что память больше не нужна и может быть очищена. Это позволяет эффективно использовать память. Tilde — один из первых пользователей Rust в своем продукте Skylight, обнаружил, что им удалось сократить использование памяти с 5 ГБ до 50 МБ, переписав некоторые конечные точки HTTP на Java в Rust. Такая экономия становится особенно значимой, когда облачные провайдеры меняют цены на дополнительную память.
Без необходимости постоянной работы сборщика мусора проекты Rust хорошо подходят для использования в качестве библиотек другими языками программирования через интерфейсы с внешними функциями. Это позволяет существующим проектам заменять критически важные для производительности части быстрым кодом на Rust без рисков для безопасности памяти, присущих другим системным языкам программирования. Некоторые проекты даже были постепенно переписаны в Rust с использованием этих методов.
Обладая прямым доступом к оборудованию и памяти, Rust является идеальным языком для разработки встраиваемых и bare-metal систем. Вы можете писать код чрезвычайно низкого уровня, например ядра операционной системы или приложения для микроконтроллеров. Основные типы и функции Rust, а также переиспользуемый библиотечный код отлично работают в этих особенно сложных средах.
Наследник языков системного программирования
Большинство людей рассматривают Rust как альтернативу таким языкам системного программирования, как Си или C++. Самое большое преимущество Rust — это проверка заимствований. Это часть компилятора, ответственная за то, чтобы ссылки не переживали данные, на которые они ссылаются, это помогает устранить целые классы ошибок, вызванных небезопасным использованием памяти.
В отличие от многих существующих языков системного программирования, Rust не требует, чтобы вы проводили все свое время, погружаясь в мельчайшие детали. Rust стремится иметь как можно больше абстракций с нулевой стоимостью — абстракций, которые столь же эффективны, как и эквивалентный рукописный код. В этом примере мы покажем, как итераторы, основная абстракция Rust, могут быть использованы для краткого создания вектора, содержащего первые десять квадратных чисел:
В тех случаях когда безопасного Rust недостаточно мы можете использовать небезопасный Rust. Это даёт дополнительные возможности, однако вы сами должны следить за тем, что код безопасен. Этот код затем может быть заключен в абстракции более высокого уровня, которые гарантируют, что все виды использования абстракции безопасны.
Использование небезопасного Rust должно быть обдуманным решением, поскольку его правильное использование требует столько же размышлений и осторожности, как и в любом другом языке, в котором вы несете ответственность за предотвращение неопределенного поведения. Сведение к минимуму небезопасного кода — лучший способ свести к минимуму возможности сбоев и уязвимостей из-за небезопасности памяти.
Языки системного программирования подразумевают, что они будут эффективно существовать вечно. В то время как некоторые современные разработки не требуют такого срока службы, многие компании хотят знать, что их фундаментальная база кода будет пригодна для использования в обозримом будущем. Rust признает это и принял сознательные дизайнерские решения, касающиеся обратной совместимости и стабильности; это язык, разработанный на ближайшие 40 лет.
Экосистема Rust
Rust больше, чем спецификация языка и компилятор; многие аспекты создания и поддержки программного обеспечения промышленного качества рассматриваются как объекты первого класса. С помощью rustup можно установить несколько параллельных цепочек инструментов Rust и управлять ими. Rust поставляются с Cargo — инструментом командной строки для управления зависимостями, запуска тестов, создания документации и многого другого. Поскольку зависимости, тесты и документация доступны по умолчанию, их использование широко распространено. crates.io — это сайт сообщества для обмена и поиска библиотек Rust. Любая библиотека, опубликованная в crates.io будет иметь свою документацию на docs.rs.
Кроме встроенных инструментов, коммьюнити Rust создало множество средств разработки. Бенчмаркинг, анализ и тестирование на основе свойств — все это легко легко использовать в проектах. Дополнительные линты компилятора доступны в Clippy, а автоматическое форматирование обеспечивается rustfmt. Поддержка IDE хороша и с каждым днем становится всё более эффективной.
Rust имеет яркое, гостеприимное сообщество. Существует несколько официальных и неофициальных способов получить помощь, таких как чат, форум, сабреддит Rust и, конечно же, Stack Overflow. У Rust есть кодекс поведения, который соблюдается потрясающей командой модераторов, поэтому официальные порталы и большинство неофициальных располагают к себе.
В оффлайне Rust проводит множество конференций по всему миру, таких как RustConf, Rust Belt Rust, RustFest, Rust Latam, RustCon Asia и другие.
Не всё так просто
Сильная система типов Rust и акцент на безопасность памяти — все это происходит во время компиляции — означают, что при компиляции кода чрезвычайно часто возникают ошибки. Это может быть неприятным для программистов, не привыкших к такому самоуверенному языку программирования. Тем не менее, разработчики Rust потратили большое количество времени на работу над улучшением сообщений об ошибках, чтобы убедиться, что они понятны и применимы.
Особенно часто можно услышать, как кто-то жалуется, что он «борется с проверкой заимствований». Хотя эти ошибки могут обескураживать, важно признать, что каждое из выявленных мест потенциально могло привести к ошибкам и потенциальным уязвимостям.
В этом примере мы создаем изменяемую строку, содержащую имя, затем берем ссылку на первые три байта имени. Мы пытаемся изменить строку, очистив ее. Теперь ссылки на действительные данные и их разыменование могут привести к неопределенному поведению, поэтому компилятор останавливает нас:
К счастью, сообщение об ошибке включает в себя наш код и изо всех сил пытается объяснить проблему, указывая точные места.
Прототипирование в Rust может быть сложными из-за его статически типизированной природы и из-за того, что Rust требует покрытия 100% условий. Крайние случаи должны быть описаны, даже если программист еще не знает, что там должно быть. На ранних стадиях разработки эти крайние случаи часто можно устранить, вызвав сбой программы, а затем можно добавить строгую обработку ошибок на более позднем этапе. Это другой рабочий процесс, он встречается в таких языках, как Ruby, где разработчики часто пробуют код в REPL, а затем переносят его в прототип, вообще не рассматривая случаи ошибок.
Rust все еще относительно новый язык, а это значит, что некоторые нужные библиотеки могут быть ещё недоступны. Положительным моментом является то, что есть много плодородной почвы для разработки этих необходимых библиотек, возможно, даже с использованием последних достижений в соответствующих областях компьютерных наук. Благодаря этому и возможностям Rust некоторые библиотеки Rust, такие как regex, являются лучшими в своем классе на любом языке.
Хотя Rust твердо привержен стабильности и обратной совместимости, это не означает, что язык доработан. Конкретная проблема может не решаться функциями языка, которые облегчили бы ее выражение или, возможно, даже позволили бы ее выразить. Например, в Rust асинхронные фьючерсы существуют уже более трех лет, но стабильная поддержка async/await появилась не так давно.
Краткая история Rust: от хобби до самого популярного ЯП по данным StackOverflow
Rust — это язык системного программирования, создатели которого уделили внимание трем вещам: параллелизму, скорости и безопасности. И хотя Rust считается молодым языком программирования — его первая стабильная версия вышла в 2015 году — он разрабатывается уже более десяти лет.
Сегодня мы бы хотели заглянуть в прошлое и рассказать историю языка Rust, показать, как изменились его функции и возможности за время разработки и привести конкретные примеры внедрения этого ЯП на практике.
Личный проект (2006–2010)
Технология из прошлого, которая призвана спасти будущее от самого себя
— Грэйдон Хор (Graydon Hoare), разработчик Rust
Это одна из цитат Грэйдона Хора, которую озвучил Стив Клабник (Steve Klabnik) из команды разработчиков проекта Rust во время своей презентации на конференции ACM в 2016 году (слайды к презентации вы можете найти по ссылке, а для того, чтобы перемещаться между слайдами, используйте стрелки на клавиатуре). Эти слова хорошо отражают тот факт, что Rust — не революционный язык, имеющий передовые функции. Он просто включает в себя множество рабочих методов из «старых» языков (в том числе C++), повышая их безопасность.
Занимаясь языком, Грэйдон установил определенные правила. Он отмечал, что в первую очередь необходимо уделять внимание семантике языка, а работа над синтаксисом — это последнее дело. Поэтому в ранней реализации Rust ключевые слова были не длиннее пяти символов — язык был «кратким» и использовал такие операторы, как log, ret и fn.
Например, первый код на Rust, который увидел свет, выглядел так:
Как отмечает Стив Клабник, со временем это ограничение было снято: часть ключевых слов «удлинили», например, ret превратился в return, а часть заменили совсем. Для сравнения, в современной реализации языка вывод строки «Привет, мир!» выглядит так:
Также за время эволюции часть концепций и ключевых слов языка была убрана. Когда над языком работал Грэйдон, Rust был объектно-ориентированным и использовал оператор obj для описания объектов. Сейчас как таковое ООП языком не поддерживается, но Rust дает возможность реализовать многие его понятия с помощью абстракций.
Rust также работал с функциями параметрического полиморфизма. Концепции обобщенного программирования в языке сохранились и сейчас (оформление кода вы можете найти в этом документе), однако десять лет назад для обозначения типа параметров использовались квадратные скобки:
Самостоятельно над Rust Грэйдон работал на протяжении четырех лет. За это время ему удалось воплотить в жизнь примерно 90% задуманных функций (часть из которых имела довольно грубую реализацию). Среда для выполнения кода была завершена на 70%. Всего за это время Хор написал 38 тыс. строк кода для компилятора на OCaml.
Переход к Mozilla (2010–2012)
Я не считаю, что у языка должны быть какие-то главные особенности.
Он должен состоять из набора понятных и надежных модулей, которые хорошо «работают» в комбинации друг с другом
— Грэйдон Хор (Graydon Hoare), разработчик Rust
По прошествии четырех лет, Грэйдон решил показать свой прототип менеджеру в Mozilla. В компании проявили интерес к проекту, поскольку искали инструмент для перестройки стека браузера на более простых технологиях, чем C++. Поэтому в компании создали команду (во главе с Грэйдоном) для работы над Rust, который стал основой браузерного движка Servo.
Тогда движок Mozilla не мог полноценно работать с мультиядерными системами, поскольку имел однопоточные схемы обработки контента. Например, однопоточными были функции формирования содержимого окна и запуска JavaScript. Rust позволил разделить код рендеринга на мини-задачи, выполняемые параллельно и экономящие ресурсы центрального процессора.
Кроме ускорения работы за счет распараллеливания операций, Rust позволил повысить защищенность браузера. На тот момент Firefox был реализован на C++ и содержал 4,5 млн строк кода. C++ — это «точный» язык программирования, требующий повышенного внимания к деталям, поэтому ошибки программистов могли приводить к возникновению серьезных уязвимостей. Задачей Rust стало снижение влияния человеческого фактора с помощью компилятора.
В 2010 году разработчики языка сменили используемый до этого компилятор OCaml на компилятор, написанный на Rust. В 2011 году Грэйдон опубликовал сообщение о том, что компилятор сумел успешно «собрать» сам себя, а в 2012 команда Rust объявила о релизе альфа-версии компилятора — его документация была не полной, а скорость создания билда оказалась далека от идеальной, однако он уже поддерживал большинство функций языка и кросс-компиляцию.
Годы typesystem (2012–2014)
Наша целевая аудитория — «разочарованные разработчики C++»
В этот момент Грэйдон отошел от работы над Rust и переключился на другие проекты. Как рассказывает Стив Клабник, после этого система управления стала более «распределенной». Была сформирована федеративная структура, в которой за изменения, вносимые в разные части проекта, отвечала отдельная группа разработчиков.
Команда продолжила расти, и в ней стали появляться люди, разбирающиеся в сложных системах типов. Поэтому началось активное развитие typesystem, и все больше аспектов языка выносились в библиотеки.
Например, на ранних этапах Rust был реализован «сборщик мусора» (GC — Garbage Collector), который Грэйдон внедрил для повышения защищенности памяти. Однако потом разработчики пришли к выводу, что они могут обеспечить тот же уровень надежности с помощью системы типов, и от GC отказались.
Это решение также сказалось на системе указателей, используемой в Rust. До удаления «сборщика мусора» в языке было три основных указателя:
Период с 2012 по 2014 год — это время, когда сообщество Rust начало обретать форму. В нем образовалось три больших «лагеря»: пользователи C++, пользователи скриптовых языков и функциональные программисты. Их экспертиза повлияла на язык — постепенно он стал сочетать в себе парадигмы функционального и процедурного программирования.
В марте 2014 года также был сформирован RFC-процесс, который использовался для представления значимых изменений в языке. Решение строилось по образу и подобию Python PEP, и сейчас в нем сделано 3 тыс. коммитов. Причем в RFC попадает любое изменение, даже вносимое разработчиками. По правилам команды Rust, никто не может вносить крупные изменения, не обсудив решение с сообществом.
Релиз (2015)
Мы не знаем наверняка, что из этого получится
В начале 2015 года была выпущена версия Rust 1.0 Alpha. В ней стабилизировали ядро языка, развили систему макросов, и, наконец, закрепили за целочисленными типами int и uint названия isize и usize. В начале второго квартала того же года Rust 1.0 перешел в бету — к этому моменту репозиторий crates.io имел 1700 крэйтов (структурная единица компиляции), а количество скачиваний из репозитория превысило один миллион.
В мае 2015 года состоялся официальный релиз — Rust 1.0. Это ознаменовало начало стабильности. С этого момента все вносимые изменения должны были иметь обратную совместимость, что позволило использовать Rust в реальных проектах. Он начал находить применение в таких сферах, как game dev, веб-разработка и разработка операционных систем.
Переход в продакшн (май 2016)
Если язык хорош лишь в чем-то одном, то это — провал
В 2015 году площадка StackOverflow провела опрос среди разработчиков, в котором их попросили отметить, с какими языками программирования они работали и с какими хотели бы познакомиться. Тогда Rust занял третью строчку рейтинга. Однако годом позднее он переместился на первое место — 79% пользователей изъявили желание продолжить работу с ним.
Один из резидентов Hacker News назвал главными достоинствами языка прозрачность и простоту документации. Другие пользователи также отмечали открытость и доброжелательность Rust-сообщества, которое всегда готово помочь с изучением особенностей ЯП.
При этом многие разработчики решают продолжить работу с этим языком из-за его механизмов безопасности. Как сказал один из пользователей Reddit: «Программирование на Rust — это как паркур со страховкой и в защите; иногда это выглядит странно, но вы можете делать многие трюки, не боясь сломать себе что-нибудь».
С момента релиза стабильной версии Rust начался период его полноценного использования в продакшн. Одной из первых компаний, которые применили Rust в своем проекте, стала Mozilla. Часть «внутренностей» Firefox 45 для Linux были переписаны на Rust, а начиная с версии Firefox 47, Rust-код присутствует и в версии для Windows. Их Project Quantum, анонсированный в октябре 2016 года, также имеет в своем составе компоненты Servo.
Rust используется и в Dropbox — на этом ЯП написано ядро их продукта. Компания Dropbox создала свое новое облачное хранилище Magic Pocket, в которое перенесла информацию с Amazon S3. Изначально оно было реализовано на языке Go, но при больших нагрузках проблемой становилось высокое потребление памяти и низкая предсказуемость поведения кода на Go. Для решения этих проблем был частично задействован Rust.
В прошлом году использовать Rust для обработки пакетов JavaScript начали в npm. Rust помог исключить задержки в системе, работающей с 350 миллионами пакетов в день. Специалист службы поддержки npm Эшли Уильямс (Ashley Williams) рассказывала об опыте использования Rust на конференции RustFest в Украине. Видео вы найдете по ссылке.
Rust также используем и мы в компании Bitfury. На этом языке программирования реализован наш фреймворк для создания блокчейнов Exonum. Впервые мы представили платформу на конференции RustFest 2017, где показали её возможности и провели воркшоп, на котором продемонстрировали работу сервиса по созданию криптовалют (краткое руководство о том, как создать криптовалюту на Exonum вы можете найти здесь).
Реализация на Rust оказалась кстати при работе со смарт-контрактами. Благодаря этому умные контракты Exonum имеют большую производительность, чем контракты Ethereum (или Fabric). Код платформы полностью открыт и лежит в репозитории проекта на GitHub.
Rust также находит применение в сфере информационной безопасности. Такие проекты как Tor уже переносят часть кода на Rust.
В целом, сегодня Rust в своих продуктах используют 105 компаний. Полный их список (в котором также отмечена и Bitfury Group) можно найти на странице Friends of Rust на официальном сайте. И количество компаний, создающих программные продукты на Rust, постоянно увеличивается, чему разработчики языка очень рады.