系统编程中的 Rust：为什么开发人员选择 Rust 而不是 C 和 C

系统编程中的 Rust：为什么开发人员选择 Rust 而不是 C 和 C

日期：5-1-25

简介

系统编程长期以来一直由 C 和 C 主导。几十年来，这些语言一直是操作系统、嵌入式系统和性能关键型应用程序的支柱。然而，Rust 的兴起打破了这一格局，提供了一种将性能与安全性结合起来的现代替代方案。在本文中，我们将探讨为什么开发人员越来越多地选择 Rust 而不是 C 和 C 进行系统编程。

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什么是系统编程？

系统编程涉及创建与硬件和系统资源密切交互的软件。这包括：

1. 操作系统：管理硬件和软件资源。
2. 设备驱动程序：启用硬件设备和操作系统之间的通信。
3. 嵌入式系统：适用于资源受限的硬件设备的软件。
4. 性能关键应用程序：游戏、数据库和科学计算。

系统编程的需求需要效率、对硬件的控制和可预测的性能——这些都是 C 和 C 语言擅长的领域。然而，这些语言存在内存安全问题和未定义行为等缺陷，导致开发人员寻求更好的替代方案。

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为什么生锈？

Rust 为系统编程中固有的许多挑战带来了创新的解决方案。以下是开发人员做出转变的原因：

1.没有垃圾收集器的内存安全

C 和 C 语言让程序员可以手动控制内存，但这种控制常常会导致缓冲区溢出、空指针取消引用和内存泄漏等错误。 Rust 的所有权模型通过在编译时执行严格的规则来消除这些问题：

• 所有权和借用：确保在没有运行时开销的情况下管理内存。
• 没有空指针或悬空指针： Rust 通过设计防止了这些常见的错误原因。
• 安全并发： Rust 确保线程安全，防止数据竞争。

2.现代工具和生态系统

Rust 提供了增强开发人员体验的现代工具：

• Cargo： Rust 的包管理器和构建系统使依赖管理变得无缝。
• Crates.io： 一个充满活力的库（或“板条箱”）生态系统，供开发人员使用。
• Rust 分析器： 用于代码完成、linting 等的高级语言服务器。

C 和 C 语言依赖于分散的工具生态系统，这使得 Rust 的集成方法成为一个显着的优势。

3.无畏并发

并发是现代系统编程的基石，但在 C 和 C 中安全实现它是出了名的困难。 Rust 的所有权模型确保在编译时捕获数据竞争。开发人员可以编写并发代码，而不必担心微妙的、难以调试的错误。

4.性能与 C 和 C 相当

Rust 的性能与 C 和 C 相匹配，因为：

• 零成本抽象：迭代器和特征等功能不会产生运行时开销。
• 低级控制： Rust 允许对内存和硬件进行细粒度控制。
• LLVM 后端： Rust 使用 LLVM 进行代码生成可确保高度优化的二进制文件。

5.开发人员生产力和可读性

Rust 的语法和现代功能提高了开发人员的工作效率：

• 错误消息： Rust 提供了详细的、初学者友好的错误消息。
• 模式匹配和特征：这些功能使代码更具表现力且更易于理解。
• 安全第一：在编译时捕获错误可以减少调试时间。

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Rust 与 C 和 C：关键比较

功能 生锈 C C 标题>

Feature	Rust	C	C
Memory Safety	Compile-time guarantees	Manual management	Manual management
Concurrency	Safe, fearless concurrency	Prone to data races	Prone to data races
Tooling	Integrated (Cargo, Rust Analyzer)	Fragmented	Fragmented
Performance	Comparable to C/C	High performance	High performance
Error Handling	Result and Option types	Error-prone (e.g., nulls)	Error-prone (e.g., nulls)
Learning Curve	Moderate	Steep	Steep

内存安全 编译时保证 手动管理 手动管理 并发 安全、无畏的并发 容易出现数据争用 容易出现数据争用 工具 集成（Cargo、Rust 分析器） 支离破碎 支离破碎 性能 与 C/C 相当 高性能 高性能 错误处理 结果和选项类型 容易出错（例如空值） 容易出错（例如空值） 学习曲线 中等 陡峭 陡峭 表>

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在系统编程中采用 Rust

许多重大项目都采用 Rust 进行系统编程：

1. Linux 内核： Rust 现在是官方支持的内核开发语言。
2. Firefox： Mozilla 的 Servo 引擎和 Firefox 的部分内容是用 Rust 编写的。
3. AWS Nitro Enclaves： 使用 Rust 实现安全、隔离的计算环境。
4. 操作系统： 像 Redox 这样的新兴操作系统项目完全是用 Rust 编写的。
5. 嵌入式系统： Rust 因其安全性和性能而被物联网和机器人技术采用。

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使用 Rust 的挑战

虽然 Rust 有很多优点，但它也并非没有挑战：

• 学习曲线：所有权模型对于新手来说可能很难掌握。
• 生态系统成熟度：虽然发展迅速，但 Rust 的生态系统仍然比 C 和 C 年轻。
• 社区规模： 与 C 和 C 相比较小，尽管这种情况正在发生变化。

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结论

Rust 将自己定位为系统编程的现代选择，解决了 C 和 C 语言的缺点，同时保留了它们的性能和控制能力。通过优先考虑内存安全、无畏并发和开发人员生产力，Rust 使开发人员能够构建可靠、高性能的系统，同时减少错误并缩短开发周期。

对于那些考虑系统编程的人来说，学习 Rust 不仅仅是一项面向未来的投资，它还是通向更安全、更高效的软件开发的门户。

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感谢您的阅读！分享您对 Rust 在系统编程中的作用的看法。

以上是系统编程中的 Rust：为什么开发人员选择 Rust 而不是 C 和 C的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！