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Rust权威指南（第2版）

作译者：毛靖凯

出版时间：2025-02 千字数：704 版次：01-01 页数：704

开本：16开装帧： I S B N ：9787121494734

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纸质书定价：￥168.0

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内容简介

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作者简介

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1  入门指南	1
安装	1
在Linux或macOS环境中安装Rust	2
在Windows环境中安装Rust	3
常见问题	3
更新与卸载	4
本地文档	5
Hello, world!	5
创建一个文件夹	5
编写并运行一个Rust程序	6
Rust程序剖析	7
编译与运行是两个不同的步骤	8
Hello, Cargo!	10
使用Cargo创建一个项目	10
使用Cargo构建和运行项目	13
以Release模式进行构建	15
学会习惯Cargo	15
总结	16
2  编写一个猜数游戏	17
创建一个新的项目	17
处理一次猜测	19
使用变量存储值	20
获得用户的输入	21
使用Result类型处理可能失败的情况	22
通过println!中的占位符输出对应的值	23
测试第一部分	24
生成一个保密数字	24
借助包获得更多功能	25
生成一个随机数	28
比较猜测数字与保密数字	31
使用循环实现多次猜测	35
在猜测成功时优雅地退出	37
处理非法输入	37
总结	40
3  通用编程概念	41
变量与可变性	42
常量	44
隐藏	45
数据类型	47
标量类型	48
复合类型	53
函数	57
参数	59
语句和表达式	60
函数的返回值	62
注释	65
控制流	66
if表达式	66
使用循环重复执行代码	70
总结	77
4  认识所有权	78
什么是所有权	78
所有权规则	81
变量作用域	81
String类型	82
内存与分配	83
所有权与函数	90
返回值与作用域	91
引用与借用	93
可变引用	95
悬垂引用	99
引用的规则	101
切片类型	101
字符串切片	103
其他类型的切片	108
总结	109
5  使用结构体组织相关联的数据	110
定义并实例化结构体	110
使用简化版的字段初始化方法	113
使用结构体更新语法，基于其他实例来创建新实例	113
使用不需要对字段命名的元组结构体来创建不同的类型	115
没有任何字段的单元结构体	116
一个使用结构体的示例程序	118
使用元组重构代码	119
使用结构体重构代码：增加有意义的描述信息	120
通过派生trait增加实用功能	121
方法	125
定义方法	125
带有更多参数的方法	129
关联函数	130
多个impl块	131
总结	132
6  枚举与模式匹配	133
定义枚举	133
枚举值	134
Option枚举及其在空值处理方面的优势	139
控制流结构match	143
绑定值的模式	145
匹配Option＜T＞	146
匹配必须穷举所有的可能性	148
通配模式及_占位符	149
简单控制流if let	151
总结	153
7  使用包、单元包和模块管理日渐复杂的项目	154
包与单元包	155
通过定义模块来控制作用域及私有性	160
用于在模块树中指明条目的路径	162
使用pub关键字来暴露路径	165
从super关键字开始构造相对路径	169
将结构体或枚举声明为公共的	170
使用use关键字将路径导入作用域	172
创建use路径时的惯用方式	174
使用as关键字来提供新的名称	175
使用pub use重导出名称	176
使用外部包	177
使用嵌套路径来清理众多的use语句	178
通配符	179
将模块拆分为不同的文件	180
总结	182
8  通用集合类型	184
使用动态数组存储多个值	185
创建动态数组	185
更新动态数组	186
读取动态数组中的元素	186
遍历动态数组中的值	189
使用枚举存储多个类型的值	190
在销毁动态数组时也会销毁其中的元素	191
使用字符串存储UTF-8编码的文本	192
字符串是什么	192
创建一个新的字符串	193
更新字符串	194
索引字符串	197
字符串切片	200
遍历字符串的方法	201
字符串的确没那么简单	202
在哈希映射中存储键值对	202
创建一个新的哈希映射	203
访问哈希映射中的值	203
哈希映射与所有权	205
更新哈希映射	205
哈希函数	208
总结	208
9  错误处理	210
不可恢复错误与panic!	211
可恢复错误与Result	215
匹配不同的错误	217
传播错误	221
要不要使用panic!	229
示例、原型代码和测试	229
当你比编译器拥有更多信息时	230
错误处理指导原则	230
创建自定义类型进行有效性验证	232
总结	235
10  泛型、trait与生命周期	236
通过将代码提取为函数来减少重复工作	237
泛型数据类型	240
在函数定义中	240
在结构体定义中	243
在枚举定义中	245
在方法定义中	246
泛型代码的性能问题	249
trait：定义共享行为	250
定义trait	250
为类型实现trait	251
默认实现	254
使用trait作为参数	256
返回实现了trait的类型	259
使用trait约束有条件地实现方法	260
使用生命周期保证引用的有效性	262
使用生命周期来避免悬垂引用	262
借用检查器	264
函数中的泛型生命周期	265
生命周期标注语法	267
函数签名中的生命周期标注	267
深入理解生命周期	271
结构体定义中的生命周期标注	272
生命周期省略	273
方法定义中的生命周期标注	276
静态生命周期	277

同时使用泛型参数、trait约束与生命周期	278
总结	279
11  编写自动化测试	280
如何编写测试	281
测试函数的构成	281
使用assert!宏检查结果	286
使用assert_eq!和assert_ne!宏判断相等性	290
添加自定义的错误提示信息	293
使用should_panic检查panic	295
使用Result＜T, E＞编写测试	300
控制测试的运行方式	301
并行或串行地运行测试	301
显示函数输出	302
运行部分特定名称的测试	304
通过显式指定来忽略某些测试	307
测试的组织结构	308
单元测试	309
集成测试	311
总结	316
12  I/O项目：编写一个命令行程序	317
接收命令行参数	318
读取参数值	319
将参数值存入变量中	321
读取文件	322
重构代码以增强模块化程度和错误处理能力	324
二进制项目的关注点分离	325
修正错误处理逻辑	330
从main中分离逻辑	334
将代码分离为独立的代码包	337
使用测试驱动开发编写库功能	339
编写一个会失败的测试	340
编写可以通过测试的代码	343
处理环境变量	347
为不区分大小写的search函数编写一个会失败的测试	347
实现search_case_insensitive函数	349
将错误提示信息打印到标准错误流而不是标准输出流	354
确认错误被写到了哪里	354
将错误提示信息打印到标准错误流	355
总结	356
13  函数式语言特性：迭代器与闭包	357
闭包：能够捕获环境的匿名函数	358
使用闭包捕获环境	358
闭包的类型推断和类型标注	361
捕获引用或移动所有权	363
将捕获的值移出闭包及Fn系列trait	366
使用迭代器处理元素序列	371
Iterator trait和next方法	372
消耗迭代器的方法	373
生成其他迭代器的方法	374
使用闭包捕获环境	376
改进I/O项目	378
使用迭代器代替clone	378
使用迭代器适配器让代码更加清晰	382
在循环与迭代器之间做出选择	383
比较循环和迭代器的性能	383
总结	386
14  进一步认识Cargo及crates.io	387
使用发布配置定制构建	388
将包发布到crates.io平台	389
编写有用的文档注释	390
使用pub use导出合适的公共API	393
创建crates.io账户	398
为包添加元数据	398
发布到crates.io	400
发布已有包的新版本	401
使用cargo yank命令从crates.io上撤回版本	401
Cargo工作空间	402
创建工作空间	402
在工作空间中创建第二个包	404
使用cargo install安装二进制文件	409
使用自定义命令扩展Cargo的功能	410
总结	411
15  智能指针	412
使用Box＜T＞在堆上分配数据	414
使用Box＜T＞在堆上存储数据	414
使用装箱定义递归类型	415
通过Deref trait将智能指针视作常规引用	421
跳转到指针指向的值	421
把Box＜T＞当成引用来操作	422
定义我们自己的智能指针	423
实现Deref trait	424
函数和方法的隐式解引用转换	426
解引用转换与可变性	427
借助Drop trait在清理时运行代码	428
基于引用计数的智能指针Rc＜T＞	433
使用Rc＜T＞共享数据	433
克隆Rc＜T＞会增加引用计数	436
RefCell＜T＞和内部可变性模式	438
使用RefCell＜T＞在运行时检查借用规则	438
内部可变性：可变地借用一个不可变的值	440
结合使用Rc＜T＞和RefCell＜T＞来实现拥有多重所有权的可变数据	448
循环引用会造成内存泄漏	450
创建循环引用	450
使用Weak＜T＞代替Rc＜T＞来避免循环引用	454
总结	460
16  无畏并发	461
使用线程同时运行代码	462
使用spawn创建新线程	463
使用join句柄等待所有线程结束	465
在线程中使用move闭包	467
使用消息传递在线程间转移数据	471
通道和所有权转移	474
发送多个值并观察接收者的等待过程	476
通过克隆发送者创建多个生产者	477
共享状态的并发	479
互斥体一次只允许一个线程访问数据	479
RefCell＜T＞/Rc＜T＞和Mutex＜T＞/Arc＜T＞之间的相似性	486
使用Send trait和Sync trait对并发进行扩展	487
允许线程间转移所有权的Send trait	487
允许多个线程同时访问的Sync trait	488
手动实现Send和Sync是不安全的	488
总结	489
17  Rust的面向对象编程特性	490
面向对象语言的特性	490
对象包含数据和行为	491
封装实现细节	491
作为类型系统和代码共享机制的继承	493
使用trait对象存储不同类型的值	495
为共有行为定义一个trait	496
实现trait	498
trait对象会执行动态派发	502
实现一种面向对象的设计模式	502
定义Post并创建一个处于草稿状态的新实例	505
存储文章内容的文本	506
确保草稿的可读内容为空	507
请求审批文章并改变其状态	507
添加approve方法来改变content的行为	509
状态模式的权衡取舍	513
总结	518
18  模式与匹配	520
所有可以使用模式的场合	521
match分支	521
if let条件表达式	522
while let条件循环	524
for循环	524
let语句	525
函数的参数	527
可失败性：模式是否会匹配失败	528
模式语法	531
匹配字面量	531
匹配命名变量	531
多重模式	533
使用“..=”匹配区间值	533
通过解构分解值	534
忽略模式中的值	540
使用匹配守卫添加额外条件	545
@绑定	548
总结	549
19  高级特性	550
不安全Rust	551
不安全超能力	551
解引用裸指针	553
调用不安全的函数或方法	555
访问或修改可变静态变量	561
实现不安全trait	563
访问联合体中的字段	564
使用不安全代码的时机	564
高级trait	564
关联类型	565
默认泛型参数和运算符重载	566
消除同名方法在调用时的歧义	569
使用超trait	574
使用newtype模式在外部类型上实现外部trait	576
高级类型	578
使用newtype模式实现类型安全与抽象	578
使用类型别名创建同义类型	579
永不返回的never类型	582
动态大小类型和Sized trait	584
高级函数与闭包	586
函数指针	586
返回闭包	589
宏	590
宏与函数之间的区别	591
用于通用元编程的macro_rules!声明宏	591
基于属性创建代码的过程宏	594
如何编写一个自定义派生宏	595
属性宏	601
函数宏	602
总结	603
20  最后的项目：构建多线程Web服务器	604
构建单线程Web服务器	605
监听TCP连接	606
读取请求	608
仔细观察HTTP请求	611
编写响应	612
返回真正的HTML文件	613
验证请求的合法性并有选择地响应	615
少许重构	618
把单线程服务器修改为多线程服务器	619
模拟一个慢请求	620
使用线程池改进吞吐量	621
优雅地停机与清理	642
为ThreadPool实现Drop trait	642
通知线程停止监听任务	645
总结	650
附录A  关键字	651
附录B  运算符和符号	656
附录C  可派生 trait	663
附录D  有用的开发工具	669
附录E  阶段性版本	673

序
虽然不是那么明显，但 Rust 编程语言的核心在于赋能：无论你正在编写什么样的代码，Rust 赋予的能力都可以帮助你走得更远，并使你可以在更为广阔的领域中充满自信地编写程序。
例如，完成某些“系统层面”的工作需要处理内存管理、数据布局及并发的底层细节。我们习惯于将这些领域内的编程视作某种神秘的魔法，只有少部分被选中的专家才能真正深入其中。他们需要投入数年的时间来学习如何避免该领域内那些臭名昭著的陷阱，但即便是最为谨慎的实践者，也无法避免自己的代码出现漏洞、崩溃或损坏。
通过消灭这些陈旧的缺陷并提供一系列友好、精良的开发工具，Rust 极大地降低了相关领域的门槛。需要“深入”底层控制的程序员可以使用 Rust 来完成任务，而无须承受那些常见的崩溃或安全性风险，也无须持续学习那些不断更新的工具链。更妙的是，这门语言旨在引导你自然而然地编写出可靠的代码，并在运行速度及内存使用上保持高效。
拥有底层代码编写经验的开发者可以使用 Rust 来实现“更具野心”的项目。例如，在 Rust 中引入并行是一种相对低风险的操作：编译器会为你捕捉那些常见的经典错误。你可以在代码中采用更为激进的优化策略，而无须担心意外地引发崩溃或引入漏洞。
但 Rust 的用途并不局限于底层系统编程，它极强的表达能力及工作效率足以帮助你轻松地编写出 CLI 应用、Web 服务器及许多其他类型的代码——你会在本书中看到一些简单的示例。使用 Rust 还意味着你能够在不同的领域中构建相同的技能体系；你可以通过编写 Web 应用来学习 Rust，并将这些技能应用到树莓派（Raspberry Pi）上。
本书全面地介绍了 Rust 赋予用户的诸多可能性，它采用了通俗易懂的语言以期帮助你理解有关 Rust 的知识。除此之外，本书还能从整体上提升你对编程的理解和信心。让我们一起来打开新世界的大门吧！欢迎加入 Rust 社区！

Nicholas Matsakis和Aaron Turon

前言

欢迎阅读《Rust 权威指南》第2版，本书深入浅出地介绍了 Rust 语言!
Rust 是一门可以帮助你开发出高效率、高可靠性软件的编程语言。以往的编程语言往往无法同时兼顾高水准的工程体验与底层的控制能力，而 Rust 则被设计出来挑战这一目标，它力图同时提供强大的工程能力和良好的开发体验，在给予开发者控制底层细节能力（比如内存操作）的同时，避免传统语言带来的诸多麻烦。
谁是Rust的目标用户
基于各种各样的原因，Rust 对于许多人来讲都是一门相当理想的语言。现在，让我们看一看其中最重要的一些群体。
开发团队
Rust 已经被证明可以高效地应用于大规模的、拥有不同系统编程背景的开发团队。底层代码总是容易出现各种各样隐晦的错误，对于大部分编程语言来说，想要发现这些错误，要么通过海量的测试用例，要么通过优秀程序员细致的代码评审。而在 Rust 的世界里，大部分错误（甚至包括并发环境中产生的错误）都可以在编译阶段被编译器发现并拦截。得益于编译器这种类似于守门员的角色，开发团队可以在更多的时间内专注于业务逻辑而非错误调试。
当然，Rust 也附带了一系列面向系统编程的现代化开发工具：
?Cargo 提供了一套内置的依赖管理与构建工具。通过 Cargo，你可以在 Rust 生态系统中一致且轻松地增加、编译和管理依赖。
?rustfmt 用于约定一套统一的编码风格。
?Rust Language Server 为集成开发环境（IDE）提供了可供集成的代码补全和错误提示工具。
通过使用上述工具，开发者可以高效地进行系统级编程。
学生
对于那些有兴趣接触系统编程的学生而言，Rust 也是一个非常好的选择，已经有不少人基于 Rust 来学习诸如操作系统开发之类的课程。另外，我们拥有一个非常热情的社区，社区成员们总是乐于回答来自初学者的各种问题。Rust 开发团队希望通过本书让更多的人，特别是学生，能更加轻松地接触、学习系统编程的各种概念。
企业
目前已经有数百家或大或小的企业，在生产环境中使用 Rust来处理各式各样的任务。这些任务包括命令行工具开发、Web 服务开发、DevOps 工具开发、嵌入式设备开发、音视频分析与转码、数字货币交易、生物信息提取、搜索引擎开发、物联网应用开发、机器学习算法研究，以及 Firefox 网络浏览器中的大部分功能开发。
开源开发者
我们欢迎所有愿意参与构建 Rust 编程语言本身，或者周边社区、开发工具及第三方库的开发者。你们的贡献对于构建一个良好的 Rust 语言生态环境非常重要！
重视速度与稳定性的开发者
Rust 适用于那些重视速度与稳定性的开发者。当谈论到速度时，不仅是指 Rust 程序可以拥有良好的运行时效率，而且Rust 可以提供良好的开发时效率。得益于 Rust 编译器的静态检查能力，我们可以稳定地在开发过程中增添功能或重构代码。与此形成鲜明对比的是，在缺少这些检查能力的语言中，开发者往往恐惧于修改那些脆弱的遗留代码。此外，得益于对零开销抽象这一概念的追求，开发者可以在无损耗的前提下使用高级语言特性。Rust 力图使安全的代码同样高效。
当然，这里提到的只是 Rust 使用场景中最有代表性的一部分用户，Rust 语言也希望能够服务于尽可能多的其他开发者群体。总的来说，Rust 最大的目标在于通过同时保证安全与效率、运行速度与编程体验，消除数十年来程序员们不得不接受的那些取舍。不妨给 Rust 一个机会，让我们一起来看一看它是否适合你。
谁是本书的目标读者
对于本书的读者，我们假设你已经使用过某种其他编程语言。虽然我们努力使本书的内容能够被具有不同编程背景的读者所接受，但不会花太多时间去讨论一些基本的编程概念。如果你对于编程是完全陌生的，那么你最好先阅读一些入门类的编程图书。
如何阅读本书
通常而言，我们假定读者按顺序从头到尾阅读本书。一开始我们会简单地介绍一些概念，接着在随后的章节中逐步深入，并有针对性地对其中的细节进行讨论。后面章节的讨论建立在前面章节引入的概念之上。
在本书中，你会发现两种类型的章节：概念讨论类章节和项目实践类章节。在概念讨论类章节中，你会接触到 Rust 的某些特性；在项目实践类章节中，我们会利用之前讲解过的 Rust 特性来共同构建一些小程序。第 2 章、第 12 章、第 20 章属于项目实践类章节，其余章节属于概念讨论类章节。
第 1 章会介绍如何安装 Rust，如何编写“Hello, world!”程序，以及如何使用 Cargo构建和管理项目。
第 2 章会从实践的角度对 Rust 语言进行介绍，这里我们会从较高的层次来覆盖一系列概念，并在之后的章节中逐步深入研究细节。如果你是一个实践派，想要立即动手编写代码，那么第 2 章正好适合你。第 3 章会介绍 Rust 中类似于其他语言的那些特性，第 4 章则介绍 Rust 中独特的所有权系统。如果你是一个特别重视细节的学习者，期望一步一步了解清楚每一个角落，那么建议你跳过第 2 章，从第 3 章开始按顺序阅读，并在想要通过实践来巩固知识点时再返回第 2 章进行阅读。
第 5 章会讨论结构体和方法，第 6 章会包含枚举、match表达式及if let控制流结构的相关内容。你将学会在 Rust 中使用结构体和枚举来创建自定义类型。
在第 7 章中，你会了解到 Rust 中的模块系统和私有性规则，并学会如何使用它们来组织代码和设计公共应用程序接口（API）。第 8 章会介绍一些标准库中提供的常用数据结构，比如Vec（动态数组）、String（字符串）和HashMap（哈希表）。第 9 章会讨论 Rust 中关于错误处理的一些设计理念和工具。
第 10 章会深入讲解关于泛型、trait（特征）和生命周期的概念，它们赋予了你复用代码的能力。第 11 章介绍的是关于如何在 Rust 中构建测试系统的内容。即便有 Rust 的安全检查，我们也需要通过测试来保障业务逻辑的正确性。在第 12 章中，我们会实现命令行工具grep的一些功能子集，用于在文件中搜索某些特定文本，为此会用到很多前面章节中讨论的概念。
第 13 章会讨论 Rust 中与函数式编程相关的概念，即闭包与迭代器。在第 14 章中，我们会更加深入地了解 Cargo，以及与他人共享代码库的一些最佳实践。第 15 章会讨论标准库中的智能指针，以及它们所实现的相关 trait。
在第 16 章中，我们会介绍多个不同的并发编程模型，并讨论Rust 是如何让多线程编程变得不那么恐怖的。第 17 章则着眼于比较 Rust 与常见的面向对象编程范式的不同风格。
第 18 章是关于模式和模式匹配的介绍，它们给 Rust 语言带来了异常强大的表达能力。第 19 章会覆盖一些有趣的高级主题，包括对不安全 Rust、宏、生命周期、trait、类型、函数和闭包的更深入的讨论。
在第 20 章中，我们将从底层开始实现一个完整的多线程 Web 服务器。
最后的附录中会包含一系列有关语言的实用参考资料。其中，附录 A 会列举 Rust 中全部的关键字，附录 B 会列举 Rust 中所有的运算符及其他符号，附录 C 会包含标准库中提供的可派生 trait，附录 D 会介绍一些有用的开发工具，附录 E 会解释 Rust 的阶段性版本机制。
当然，不管你怎样阅读本书都是可以的。假如你想要跳过某个特定的章节，那就跳过吧，你可以在感到疑惑的时候再返回略过的那些部分。用你觉得最舒服的方式来阅读本书就好！
在学习 Rust 的过程中，一项尤为重要的能力是掌握如何阅读编译器显示的错误提示信息，这些信息能够引导你编写出可用的代码。为此，我们会故意提供许多无法通过编译的示例，进而展示在相关情境下编译器输出的错误提示信息。所以，在本书中随意挑选出来的示例也许根本就无法通过编译！请仔细阅读上下文来确定你尝试运行的示例代码是否是一段故意写错的代码。在大部分情况下，我们会指引你将不能编译的代码纠正为正确版本。

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