rust 2025年1月1日

Learn Rust in a Month of Lunches

胡喝海吃一个月，学会Rust?

Learn Rust in a Month of Lunches

作者：Allen Wyma 出版日期：2024-03-26 出版社：Manning

本书涵盖了Rust编程语言的方方面面。它从基础概念如变量、数据类型和内存管理开始，逐步深入到更高级的主题，例如所有权、生命周期、错误处理、并发编程和异步编程。书中包含大量的代码示例和练习，旨在帮助读者在短时间内掌握Rust编程。此外，书中还介绍了一些常用的外部库，以及如何使用Cargo构建和管理Rust项目。

第一章：Rust 基础入门
- 核心概念： 本章主要介绍了 Rust 的基本语法和概念，包括变量声明、代码块、打印输出、类型转换和字符串。
- 变量与代码块：
  - 使用 let 关键字声明变量，代码块用 {} 表示。变量的作用域（lifetime）限制在代码块内部。
  - Shadowing (遮蔽) 是指用新的 let 绑定同名变量，使之前的变量失效。
  - 变量的类型通常由 Rust 自动推断，但可以使用 as 关键字进行显式类型转换。
- 打印输出:
  - println! 宏用于打印输出，{} 用来捕获变量的值。{:?} 用于调试输出，{:#?} 用于更美观的调试输出，可以分行显示结构体等复杂类型的内容。
  - print! 宏与 println! 类似，但不添加换行符。
  - 可以使用 r#""# 来创建原始字符串，避免转义字符的麻烦。
  - 在字符串前加 b 可以打印字符串的字节表示。
- 字符串类型： &str 是一种字符串切片类型，后续章节会详细介绍。
第二章：内存、变量与所有权
- 核心概念： 本章深入探讨了 Rust 的内存管理机制，包括所有权、借用和引用。
- 所有权： Rust 通过所有权系统来管理内存，每个值都有一个所有者。
- 引用：
  - 不可变引用（&）允许多个读取者同时访问数据，但不能修改。
  - 可变引用（&mut）允许一个写入者修改数据，但不能同时存在其他引用。
- 打印输出格式化: {:} 用于显示打印, {:?}用于debug打印，{:#?}用于美化debug打印。可以使用 "{:padding_char^min_length}" 来控制打印的对齐和填充。
  - 例如，println!("{:ㅎ^11}", letter); 会在字母 “a” 的左右两侧填充韩文字符 ㅎ，总长度为 11。
第三章：更复杂的类型
- 核心概念： 本章介绍了 Rust 中更复杂的数据类型和控制流，包括元组、枚举、结构体、if 语句、match 语句和循环。
- 元组： 元组可以将多个不同类型的值组合在一起。可以使用 _ 忽略元组中不需要的值。
- 控制流：
  - if 语句用于根据条件执行代码块。
  - match 语句用于模式匹配，可以根据不同的值执行不同的代码块。可以使用 _ 作为通配符，匹配其他情况。if 关键字可以用于 match 语句中进行条件匹配。
  - 循环包括 loop、for 等，loop 会一直循环直到 break。for 循环可以迭代一个范围，如 0..3 (不包含3) 和 0..=3 （包含3）。
- 结构体:
  - 结构体 (struct) 用于将多个相关的值组合成一个数据结构。可以使用 struct ColorRgb(u8, u8, u8); 定义一个元组结构体，也可以使用 struct SizeAndColor { size: u32, color: ColorRgb, } 定义一个命名结构体。
- 枚举:
  - 枚举 (enum) 用于定义一组可能的值，例如 enum ThingsInTheSky { Sun, Stars, }。可以使用 :: 来选择枚举的变体。
第四章：构建自定义类型
- 核心概念： 本章继续深入探讨了 Rust 的自定义类型，包括如何在枚举中存储数据，以及 use 关键字的用法。
- 枚举变体中的数据： 枚举的变体可以携带数据，例如 enum Number { U32(u32), I32(i32), }。
- use 关键字： use 关键字用于简化代码，可以导入枚举的变体。use 可以避免在使用枚举变体时重复书写枚举名称。use std::mem::size_of_val; 可以使用 size_of_val() 函数，而无需每次都写 std::mem::。
第五章：泛型、Option 和 Result
- 核心概念： 本章介绍了 Rust 的泛型、Option 和 Result 类型，用于编写更灵活、更健壮的代码。
- 泛型： 泛型允许函数或结构体接受多种类型，可以使用 <T> 来声明泛型类型。where 关键字用于在泛型类型上添加约束，例如 where T: Display 表示 T 必须实现 Display trait。
- Option 类型： Option 类型用于处理可能为空的值，它有两个变体：Some(T) 和 None。
- Result 类型： Result 类型用于处理可能失败的操作，它有两个变体：Ok(T) 和 Err(E)。Err 变体通常包含描述错误信息的类型。
- 模式匹配： 可以使用 match 语句对 Option 和 Result 类型进行模式匹配，处理不同的情况。
第六章：更多集合类型和错误处理
- 核心概念： 本章介绍了更多的集合类型和 Rust 的错误处理机制，包括 ? 运算符和 panic! 宏。
- ? 运算符： ? 运算符用于简化 Result 类型的错误处理，如果结果是 Ok，则返回其值，否则提前返回错误。
- panic! 宏： panic! 宏用于抛出不可恢复的错误，程序会终止。assert!、assert_eq! 和 assert_ne! 宏用于在测试中检查条件是否满足。
- 集合类型： 本章提到 Rust 还有很多集合类型，例如 BinaryHeap (二叉堆), 但没有详细介绍。
第七章：Traits：让不同的类型做相同的事
- 核心概念： 本章重点介绍了 Rust 的 trait，用于定义共享行为，实现多态。
- Traits: Traits 可以被不同的类型实现，从而实现代码的复用，类似于其他语言的接口 (interface)。T: Display 表示类型 T 必须实现 Display trait。
- unwrap_or 和 unwrap_or_else 方法： unwrap_or 方法在 Option 为 None 或 Result 为 Err 时返回一个默认值。unwrap_or_else 方法则接收一个闭包来生成默认值。
- 生命周期: 'a 表示生命周期，例如 struct City<'a> { name: &'a str, date_founded: u32 }，表示 name 的生命周期至少与 City 结构体一样长。
第十章：生命周期
- 核心概念: 本章主要探讨了生命周期和内部可变性。
- 生命周期: 生命周期用于确保引用不会悬空，<'a> 用于声明生命周期。
- 内部可变性: Cell，RefCell，Mutex和 RwLock 这些类型提供了内部可变性，允许在不可变类型中修改数据。
  - Cell 类型用于包装实现了 Copy trait 的类型，可以使用 .get() 和 .set() 方法修改其值。
  - RefCell 类型使用 .borrow() 和 .borrow_mut() 方法提供运行时借用检查，允许多个不可变借用或一个可变借用。
  - Mutex 和 RwLock 类型用于多线程编程，保证线程安全地访问共享数据。Mutex 提供互斥访问，RwLock 提供读写锁，允许多个读操作或一个写操作。
第十一章：多线程及其他
- 核心概念： 本章涵盖了多线程、todo! 宏、类型别名、Cow 类型和 Rc 类型等主题。
- 多线程： 可以使用 std::thread::spawn() 创建新线程，使用 JoinHandle 等待线程结束。move 关键字用于将变量的所有权转移到闭包中。
- todo! 宏： todo! 宏用于标记代码中尚未实现的部分，让编译器暂时忽略错误。
- 类型别名： 使用 type 关键字创建类型别名，可以给现有类型取一个新名字。
- Cow 类型： Cow 类型（Copy-on-Write）用于处理借用或拥有的数据，可以在需要时进行复制，提高效率。
- Rc 类型： Rc 类型（Reference Counting）用于在多个所有者之间共享数据，当最后一个 Rc 实例被删除时，数据会被释放。
第十二章：闭包、泛型和线程
- 核心概念： 本章深入探讨了闭包、泛型和线程，并介绍了闭包的三种 trait：Fn、FnMut 和 FnOnce。
- 闭包： 闭包是一种可以捕获环境的匿名函数，具有三种 trait：
  - Fn：捕获环境中的不可变引用。
  - FnMut：捕获环境中的可变引用。
  - FnOnce：捕获环境中的值，只能调用一次。
- 闭包作为参数： 函数可以接受闭包作为参数，并使用泛型来指定闭包的 trait。可以使用 impl Trait 来表示返回闭包的函数。
- 线程: 本章继续讨论了线程，主要介绍了如何使用闭包在线程中执行代码。
第十三章：Box 和 Rust 文档
- 核心概念： 本章介绍了 Box 类型、如何阅读 Rust 文档，以及一些高级错误处理技巧。
- Box 类型： Box 类型用于在堆上分配内存，例如 Box<dyn Error> 用于存储实现了 Error trait 的类型。
- 读取 Rust 文档： Rust 文档可以使用 cargo doc 命令生成。可以通过点击 [src] 查看源代码。
- 高级错误处理： 可以使用 thiserror crate 创建自定义错误类型，并使用 #[from] 注解简化错误转换。还可以使用 blanket trait implementations 来处理所有实现了 std::error::Error 的类型。
第十四章：测试和从测试构建代码
- 核心概念： 本章介绍了 Rust 的测试框架和如何使用测试驱动开发 (TDD) 方法构建代码。
- 测试： 可以使用 #[test] 注解标记测试函数。assert_eq! 宏用于检查两个值是否相等，#[should_panic] 注解用于标记应该 panic 的测试。
- 测试驱动开发 (TDD): 本章通过一个简单的减法计算器例子，说明了如何先写测试，再实现代码。
第十五章：Default、构建者模式和 Deref
- 核心概念： 本章介绍了 Default trait、构建者模式和 Deref trait。
- Default trait： Default trait 用于为类型提供默认值，可以使用 ::default() 方法获取默认值。
- 构建者模式： 构建者模式用于创建复杂对象，提供链式调用的方法来设置对象的属性。
- Deref 和 DerefMut trait： Deref trait 允许像使用原始类型一样使用智能指针。DerefMut trait 允许可变借用。
第十六章：Const、”unsafe” Rust 和外部包
- 核心概念： 本章介绍了 const、unsafe Rust 和如何使用外部 crate。
- const： const 关键字用于定义常量，const 可以用于泛型参数。const fn 用于声明可以在编译时求值的函数。
- unsafe Rust： unsafe 关键字用于标记不安全的 Rust 代码，例如直接操作内存。
- 外部包: 可以使用 Cargo.toml 文件管理项目依赖，并使用 use 关键字导入外部 crate 的模块。
第十七章：Anyhow 和 Thiserror
- 核心概念： 本章介绍了 Anyhow 和 Thiserror 两个常用的错误处理 crate。
- Anyhow： Anyhow 提供了 anyhow::Error 类型，用于快速处理错误。anyhow! 宏用于快速创建错误。
- Thiserror： Thiserror 允许使用 #[derive(Error)] 为自定义错误类型派生 Error trait。
第十八章：文件操作
- 核心概念： 本章介绍了如何在 Rust 中进行文件操作，包括创建、打开、写入和读取文件。
- 文件操作： std::fs::File 用于表示文件，可以使用 File::create() 创建新文件，File::open() 打开现有文件， write_all() 写入字节数据, read_to_string() 读取文件内容。
- OpenOptions： OpenOptions 结构体用于自定义文件操作的行为，如只创建文件，不覆盖已有文件。
第十九章：异步编程
- 核心概念： 本章介绍了 Rust 的异步编程，使用了 tokio crate。
- 异步编程： 使用 async 关键字声明异步函数，使用 .await 等待异步操作完成。 #[tokio::main] 用于标记异步的 main 函数。可以使用 tokio::try_join! 来等待多个异步任务完成，并在其中任何一个任务失败时返回错误。
第二十章：操作符重载和其他类型
- 核心概念： 本章介绍了 Rust 的操作符重载、关联类型和 bool 类型。
- 操作符重载： 通过实现 std::ops 中的 trait 可以实现操作符重载，例如 Add、Sub、Mul 和 Div。
- 关联类型和关联常量: Trait 可以包含关联类型和常量，使用 const 定义常量。
- bool 类型: Rust 的 bool 类型只有 true 和 false 两个值。
第二十一章：继续探索
- 核心概念： 本章介绍了 Rust 标准库中的一些其他重要功能，包括 panic hook 和 backtrace。
- Panic Hook： 可以使用 std::panic::set_hook 设置自定义的 panic hook，在程序 panic 时执行。
- Backtrace： Backtrace 用于追踪程序调用栈，可以帮助调试错误。
- unreachable! 宏: unreachable! 宏用于标记永远不会被执行的代码。
第二十二章：编写自定义宏
- 核心概念： 本章介绍了如何编写自定义宏，用于代码生成。
- 宏：可以使用 macro_rules! 定义宏。宏可以使用 ident、expr 和 tt 等类型匹配不同的输入。
- 宏的重复： 使用 $(...) 和 * 或 + 可以匹配零个或多个、一个或多个重复的标记。? 用于表示零个或一个重复。
- 标准库宏： format_args! 宏用于格式化字符串，todo! 宏用于标记未实现的代码。dbg! 宏用于调试打印。 matches! 宏用于匹配表达式和模式。
第二十三章：终端时钟和秒表
- 核心概念： 本章展示了如何使用 Rust 构建一个终端时钟和秒表程序。
- Ratatui: 本章使用了 ratatui crate 来构建终端界面。
- 程序结构： 秒表应该具有三种状态：未启动、运行和停止。
第二十四章：Web 服务
- 核心概念: 本章介绍了如何构建一个简单的 Web 应用程序。
- Axum: 本章使用了 Axum crate 来构建 Web 服务。
- 静态变量: 提到了如何使用 Arc<Mutex> 来在多线程环境中使用静态变量，但没有深入展开。

总结来说，这本书从 Rust 的基础语法开始，逐步深入到更高级的概念，如所有权、生命周期、泛型、闭包、多线程、宏和外部 crate 等，并通过实际例子展示了如何使用 Rust 构建各种应用程序。