Посібник для початківців з Rust: від гри до програмування, швидке знайомство з екосистемою Rust

Rust швидко розвивається, це не просто мова програмування, а й динамічна екосистема. Від ігор на виживання до високопродуктивного системного програмування, Rust присутній всюди. Ця стаття, починаючи з обговорень на X/Twitter, надасть початківцям Rust швидкий посібник, що охоплює сценарії використання Rust, навчальні ресурси та деякі корисні інструменти.

I. Що таке Rust? Чому варто його вивчати?

Rust — це мова системного програмування, яка зосереджена на безпеці, швидкості та паралельності. Вона розроблена для вирішення поширених проблем безпеки пам'яті в C і C++, одночасно забезпечуючи продуктивність, порівнянну або навіть вищу, ніж у цих мов.

Переваги Rust:

• Безпека пам'яті: Система власності та перевірка запозичень Rust запобігають таким проблемам, як нульові покажчики та гонки даних, під час компіляції.
• Висока продуктивність: Rust компілюється в ефективний машинний код і має потужні можливості абстракції з нульовою вартістю.
• Безпека паралельності: Система типів Rust може забезпечити безпеку паралельного коду, уникаючи гонок даних.
• Кросплатформність: Rust підтримує різні операційні системи та архітектури, включаючи Windows, Linux, macOS, WebAssembly тощо.
• Активна спільнота: Rust має активну спільноту, яка надає велику кількість бібліотек, інструментів і підтримки.

Сценарії використання Rust:

• Операційні системи та вбудовані системи: Завдяки своїй високій продуктивності та безпеці, Rust ідеально підходить для розробки ядер операційних систем, драйверів і програмного забезпечення для вбудованих пристроїв.
• WebAssembly (Wasm): Rust можна скомпілювати в Wasm, що дозволяє запускати високопродуктивний код у браузері.
• Інструменти командного рядка: Rust надає потужні фреймворки для розробки інструментів командного рядка, такі як clap і structopt.
• Мережеве програмування: Бібліотека tokio Rust надає асинхронне середовище виконання, що полегшує написання високопродуктивних мережевих програм.
• Розробка ігор: Хоча Rust не такий популярний, як C++, він починає з'являтися в розробці ігор, наприклад, гра на виживання з відкритим кодом Rust сама по собі розроблена за допомогою Unity Engine і C#, але частина серверної логіки може бути оптимізована за допомогою Rust для підвищення продуктивності.

II. Від гри Rust до мови програмування Rust

Обговорення на X/Twitter згадували гру на виживання Rust, яка тісно пов'язана з мовою програмування Rust. Хоча вони використовують однакову назву, це різні речі. Гра Rust — це багатокористувацька онлайн-гра на виживання, а Rust — це мова програмування, яка використовується для створення різного програмного забезпечення.

Гра Rust:

• Це багатокористувацька онлайн-гра на виживання, де гравці повинні виживати в дикій природі, будувати бази та взаємодіяти з іншими гравцями.
• Розроблена за допомогою Unity Engine і C#.
• Її можна придбати в Steam, і часто бувають акції.

Мова програмування Rust:

• Використовується для розробки різного програмного забезпечення, включаючи операційні системи, браузерні двигуни, мережеві сервери, ігри тощо.
• З відкритим кодом і кросплатформна.
• Має потужну систему типів і функції безпеки пам'яті.

Якщо ви гравець у гру Rust і хочете вивчити мову програмування Rust, ви можете розглянути наступні кроки:

1. Встановіть інструменти Rust: Завантажте та встановіть rustup з , це інструмент керування версіями Rust.
2. Вивчіть основи Rust: Прочитайте офіційний підручник "The Rust Programming Language" (широко відомий як "The Book"), щоб дізнатися про основний синтаксис Rust, систему власності, перевірку запозичень тощо.
3. Практичні проєкти: Закріпіть свої знання, написавши прості інструменти командного рядка, веб-сервери або ігри.
4. Беріть участь у спільноті: Приєднуйтесь до спільноти Rust, спілкуйтеся з іншими розробниками Rust і вчіться на їхньому досвіді.Налаштування середовища розробки Rust дуже просте, потрібно лише встановити rustup. rustup автоматично встановить компілятор Rust, стандартну бібліотеку та інші необхідні інструменти.

Кроки:

1. Завантажити rustup: Відвідайте і завантажте відповідний інсталятор rustup для вашої операційної системи.
2. Запустити інсталятор: Дотримуйтесь інструкцій інсталятора.
3. Налаштувати змінні середовища: rustup автоматично налаштує змінні середовища, але ви також можете налаштувати їх вручну.
4. Перевірити встановлення: Відкрийте термінал і запустіть rustc --version та cargo --version. Якщо версії відображаються правильно, це означає, що встановлення пройшло успішно.

Приклад коду:

rustc --version  # Перевірити версію компілятора Rust
cargo --version  # Перевірити версію менеджера пакетів Cargo

IV. Швидкий вступ до базового синтаксису Rust

Нижче наведено деякі базові синтаксичні конструкції Rust, які допоможуть вам швидко розпочати роботу:

• Оголошення змінних:

  let x = 5;          // Незмінна змінна
  let mut y = 10;     // Змінна змінна
  const PI: f64 = 3.1415926; // Константа
  

• Типи даних:

  • Цілі числа: i8, i16, i32, i64, i128, u8, u16, u32, u64, u128, isize, usize

  • Числа з плаваючою комою: f32, f64

  • Булевий тип: bool (true, false)

  • Символьний тип: char (символ Unicode)

  • Рядки: String, &str

  • Кортежі: (i32, f64, char)

  • Масиви: [i32; 5]

  • Зрізи: &[i32]

  • Структури:

    struct Point {
        x: i32,
        y: i32,
    }
    

  • Перерахування:

    enum Color {
        Red,
        Green,
        Blue,
    }
    

• Функції:

  fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
      x + y
  }
  

• Керування потоком:

  • if оператор:

    if x > 5 {
        println!("x is greater than 5");
    } else if x == 5 {
        println!("x is equal to 5");
    } else {
        println!("x is less than 5");
    }
    

  • loop цикл:

    loop {
        println!("This will loop forever");
        break; // Вийти з циклу
    }
    ```## I. Вступ
    

Rust — це сучасна системна мова програмування, розроблена для безпеки, швидкості та паралелізму. Вона особливо підходить для розробки операційних систем, ігор, інструментів командного рядка та високопродуктивних веб-додатків. Цей посібник проведе вас через основи Rust, щоб ви могли почати писати свій власний код.

II. Налаштування середовища розробки

1. Встановлення Rust:

   • Відвідайте офіційний веб-сайт Rust і дотримуйтесь інструкцій для вашої операційної системи.
   • Зазвичай, вам потрібно буде завантажити та запустити rustup, інсталятор командного рядка для Rust.

2. Перевірка встановлення:

   • Відкрийте термінал і введіть:

     rustc --version
     cargo --version
     

   • Якщо Rust встановлено правильно, ви побачите версії rustc (компілятор Rust) і cargo (менеджер пакетів Rust).

III. Основи синтаксису

1. Hello, World!

   • Створіть файл main.rs з наступним вмістом:

     fn main() {
         println!("Hello, World!");
     }
     

   • Скомпілюйте та запустіть програму:

     rustc main.rs
     ./main
     

2. Змінні та типи даних:

   • Змінні: У Rust змінні за замовчуванням є незмінними. Щоб зробити змінну змінною, використовуйте ключове слово mut.

     let x = 5; // x незмінна
     let mut y = 10; // y змінна
     y = 20;
     println!("Значення y: {}", y);
     

   • Типи даних: Rust — це статично типізована мова, але часто може виводити типи.

     • i32: 32-бітне ціле число зі знаком
     • f64: 64-бітне число з плаваючою комою
     • bool: Булеве значення (true або false)
     • char: Одиничний символ Unicode
     • String: Рядок

     let a: i32 = 10;
     let b: f64 = 3.14;
     let c: bool = true;
     let d: char = 'A';
     let e: String = String::from("Hello");
     

3. Функції:

   • Функції оголошуються за допомогою ключового слова fn.

     fn add(x: i32, y: i32) -> i32 {
         x + y
     }
     
     fn main() {
         let result = add(5, 3);
         println!("Результат: {}", result);
     }
     

4. Коментарі:

   • Однорядкові коментарі починаються з //.

   • Багаторядкові коментарі починаються з /* і закінчуються */.

     // Це однорядковий коментар
     
     /*
      * Це багаторядковий коментар
      */
     

IV. Керування потоком

1. Умовні оператори (if/else):

   let x = 5;
   
   if x > 0 {
       println!("x додатне");
   } else if x == 0 {
       println!("x дорівнює нулю");
   } else {
       println!("x від'ємне");
   }
   

2. Цикли:

   • for цикл: для ітерації по колекціях.

     let arr = [1, 2, 3, 4, 5];
     
     for element in arr.iter() {
         println!("Значення: {}", element);
     }
     

   • while цикл:

     let mut i = 0;
     while i < 5 {
         println!("Значення: {}", i);
         i += 1;
     }
     

   • loop цикл: нескінченний цикл, який можна перервати за допомогою break.

     let mut count = 0;
     loop {
         count += 1;
         println!("count = {}", count);
         if count > 5 {
             break;
         }
     }
     

3. Відповідність (match):

   • match використовується для зіставлення значення з шаблонами.

     let day = 2;
     
     match day {
         1 => println!("Понеділок"),
         2 => println!("Вівторок"),
         3 => println!("Середа"),
         4 => println!("Четвер"),
         5 => println!("П'ятниця"),
         6 => println!("Субота"),
         7 => println!("Неділя"),
         _ => println!("Недійсний день"), // _ відповідає будь-якому іншому значенню
     }
     

V. Володіння та позичання

1. Володіння:

   • Кожне значення в Rust має змінну, яка називається його власником.
   • Одночасно може бути лише один власник.
   • Коли власник виходить з області видимості, значення буде видалено.

2. Позичання:

   • Позичання дозволяє посилатися на значення без передачі права власності.

   • Існують два типи позичання: незмінне (&) і змінне (&mut).

   • Можна мати кілька незмінних позичок або одну змінну позичку для значення одночасно.

     fn main() {
         let s1 = String::from("hello");
     
         let len = calculate_length(&s1); // Незмінна позичка
     
         println!("Довжина '{}' дорівнює {}.", s1, len);
     
         let mut s2 = String::from("hello");
     
         change(&mut s2); // Змінна позичка
     
         println!("Новий рядок: {}", s2);
     }
     
     fn calculate_length(s: &String) -> usize {
         s.len()
     }
     
     fn change(s: &mut String) {
         s.push_str(", world");
     }
     

VI. Структури та перерахування

1. Структури (struct):

   • Структури використовуються для визначення користувацьких типів даних.

     struct Rectangle {
         width: u32,
         height: u32,
     }
     
     impl Rectangle {
         fn area(&self) -> u32 {
             self.width * self.height
         }
     }
     
     fn main() {
         let rect1 = Rectangle {
             width: 30,
             height: 50,
         };
     
         println!("Площа прямокутника: {}", rect1.area());
     }
     

2. Перерахування (enum):

   • Перерахування дозволяють визначити тип, який може бути одним з декількох можливих варіантів.

     enum IpAddrKind {
         V4(String),
         V6(String),
     }
     
     fn main() {
         let home = IpAddrKind::V4(String::from("127.0.0.1"));
         let loopback = IpAddrKind::V6(String::from("::1"));
     }
     

VII. Обробка помилок

1. Result:

   • Тип Result використовується для обробки помилок, які можуть виникнути під час виконання.

   • Він має два варіанти: Ok(T) для успішного результату та Err(E) для помилки.

     use std::fs::File;
     use std::io::ErrorKind;
     
     fn main() {
         let f = File::open("hello.txt");
     
         let f = match f {
             Ok(file) => file,
             Err(error) => match error.kind() {
                 ErrorKind::NotFound => match File::create("hello.txt") {
                     Ok(fc) => fc,
                     Err(e) => panic!("Проблема зі створенням файлу: {:?}", e),
                 },
                 other_error => {
                     panic!("Проблема з відкриттям файлу: {:?}", other_error)
                 }
             },
         };
     }
     

VIII. Корисні інструменти та навчальні ресурси

• Cargo: Менеджер пакетів і інструмент збірки Rust, використовується для керування залежностями, збірки проектів і запуску тестів.
• Rust Analyzer: Потужний мовний сервер Rust, що надає автозавершення коду, перевірку синтаксису, рефакторинг тощо. Рекомендується встановити відповідний плагін у VS Code.
• Clippy: Інструмент статичного аналізу коду Rust, який може перевірити код на наявність потенційних проблем і надати пропозиції щодо покращення.
• crates.io: Репозиторій пакетів Rust, подібний до npm (JavaScript) або PyPI (Python).
• Офіційна документація: Містить повну документацію мови Rust.
• Rust by Example: Надає велику кількість прикладів коду Rust.
• The Rust Programming Language (The Book): Офіційний посібник Rust, настійно рекомендується до прочитання.
• Rustlings: Інтерактивний інструмент для вивчення Rust, вивчайте Rust, вирішуючи серію вправ.
• Онлайн-курси: На платформах Udemy, Coursera тощо є багато онлайн-курсів Rust.

IX. Напрямки для поглибленого вивчення

• Асинхронне програмування (async/await): Використовуйте tokio або async-std для написання високопродуктивних паралельних програм.
• WebAssembly (Wasm): Компілюйте код Rust у Wasm для запуску в браузері.
• Вбудована розробка: Використовуйте Rust для розробки програмного забезпечення вбудованих систем.
• Розробка блокчейну: Використовуйте Rust для розробки блокчейн-додатків, наприклад, розробка смарт-контрактів Solana.

X. ВисновокRust - це мова програмування, яка є складною, але надзвичайно цінною. Вона пропонує потужну безпеку та продуктивність, а також має активну спільноту. Сподіваюся, що цей вступ допоможе вам швидко розпочати роботу з Rust і розпочати вашу подорож програмування на Rust. Почніть з гри Rust, щоб дослідити таємниці мови програмування Rust, і ви відкриєте для себе абсолютно новий світ.