Rust简介与环境搭建¶

📚 章节概述¶

本章将介绍 Rust 编程语言的历史背景、核心特点，并指导您完成 Rust 开发环境的搭建。您将学习如何安装 Rust 工具链、使用 Cargo 包管理器，并创建第一个 Rust 项目。

🎯 学习目标¶

• 了解 Rust 的历史和发展
• 掌握 Rust 的核心特点和优势
• 完成 Rust 开发环境的安装和配置
• 学会使用 Cargo 创建和管理项目
• 编写并运行第一个 Rust 程序

📖 Rust 简介¶

1.1 Rust 的历史¶

Rust 是一门系统编程语言，由 Mozilla 研究院的 Graydon Hoare 于 2006 年开始设计。

重要时间节点： - 2006年：Graydon Hoare 开始开发 Rust - 2010年：Mozilla 赞助该项目 - 2015年：Rust 1.0 正式发布 - 2021年：Rust 基金会成立，项目独立于 Mozilla - 至今：每6周发布一个新版本，持续快速发展

设计理念： Rust 的设计目标是创建一门既安全又高效的系统编程语言，能够解决 C/C++ 在内存安全方面的问题，同时保持高性能。

1.2 Rust 的核心特点¶

1. 内存安全¶

// Rust 在编译时就能发现内存错误
fn main() {
    let mut v = vec![1, 2, 3];
    let first = &v[0]; // 不可变引用
    v.push(4); // 编译错误！不能在存在不可变引用时修改
    println!("{}", first);
}

内存安全保证： - 无空指针解引用 - 无数据竞争 - 无悬垂指针 - 无缓冲区溢出

2. 高性能¶

Rust 的性能可以媲美 C++，同时提供更高的安全性：

// 零成本抽象示例
fn process_data(data: &[i32]) -> i32 {
    data.iter()
        .filter(|&&x| x > 0)
        .map(|&x| x * 2)
        .sum()
}

// 编译器会优化成与手写循环相同的机器码

3. 并发安全¶

Rust 的类型系统在编译时防止数据竞争：

use std::thread;
use std::sync::Arc;
use std::sync::Mutex;

fn main() {
    let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
    let mut handles = vec![];

    for _ in 0..10 {
        let counter = Arc::clone(&counter);
        let handle = thread::spawn(move || {
            let mut num = counter.lock().unwrap();
            *num += 1;
        });
        handles.push(handle);
    }

    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }

    println!("Result: {}", *counter.lock().unwrap());
}

4. 现代工具链¶

Rust 提供了优秀的开发者工具：

• Cargo：包管理和构建工具
• rustfmt：代码格式化工具
• clippy：代码检查工具
• rustdoc：文档生成工具

5. 强大的类型系统¶

// 泛型和 trait 系统
trait Summary {  // trait 定义共享行为（类似接口）
    fn summarize(&self) -> String;
}

struct Article {
    title: String,
    content: String,
}

impl Summary for Article {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("{}: {}", self.title, self.content)
    }
}

fn notify(item: &impl Summary) {
    println!("Breaking news! {}", item.summarize());
}

1.3 Rust 的应用领域¶

1. 系统编程¶

• 操作系统内核
• 设备驱动
• 嵌入式系统

2. Web 开发¶

• Web 服务器
• WebAssembly 应用
• API 服务

3. 区块链¶

• 智能合约（如 Solana）
• 区块链客户端
• 加密货币钱包

4. 游戏开发¶

• 游戏引擎
• 游戏客户端
• 服务器端

5. 云计算¶

• 容器运行时
• 服务网格
• 云原生应用

🛠️ 环境搭建¶

2.1 安装 Rust¶

Windows 系统¶

方法一：使用 rustup（推荐）

1. 访问 https://rustup.rs/
2. 下载 rustup-init.exe
3. 运行安装程序，按提示操作

# 下载并运行 rustup
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

方法二：使用 Chocolatey

choco install rust

macOS 系统¶

# 使用 rustup 安装
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

# 或使用 Homebrew
brew install rust

Linux 系统¶

# 使用 rustup 安装
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

# Ubuntu/Debian 也可以使用 apt
sudo apt update
sudo apt install rustc cargo

2.2 验证安装¶

安装完成后，打开终端验证安装：

# 检查 Rust 编译器版本
rustc --version

# 检查 Cargo 版本
cargo --version

# 检查 Rust 工具链
rustup show

预期输出示例：

rustc 1.85.0 (4d215e2c2 2025-02-20)
cargo 1.85.0 (d73d2caf9 2025-01-15)

2.3 配置开发环境¶

VS Code 配置¶

1. 安装 VS Code
2. 安装 rust-analyzer 扩展
3. 安装 CodeLLDB 扩展（用于调试）

推荐扩展： - rust-analyzer：Rust 语言服务器 - CodeLLDB：调试器 - Even Better TOML：TOML 文件支持 - Error Lens：显示错误信息

其他 IDE¶

IntelliJ IDEA： 1. 安装 IntelliJ IDEA 2. 安装 Rust 插件 3. 配置 Rust SDK

Sublime Text： 1. 安装 Sublime Text 2. 安装 Rust Enhanced 包 3. 配置构建系统

📦 Cargo 工具¶

3.1 Cargo 简介¶

Cargo 是 Rust 的包管理器和构建工具，提供以下功能：

• 创建新项目
• 构建项目
• 运行测试
• 管理依赖
• 发布包

3.2 创建新项目¶

# 创建二进制项目
cargo new my_project

# 创建库项目
cargo new --lib my_lib

# 查看项目结构
cd my_project
tree .

项目结构：

my_project/
├── Cargo.toml      # 项目配置文件
├── src/
│   └── main.rs     # 源代码
└── .gitignore      # Git 忽略文件

3.3 Cargo.toml 配置¶

[package]
name = "my_project"
version = "0.1.0"
edition = "2024"
authors = ["Your Name <you@example.com>"]

[dependencies]
# 添加依赖
serde = "1.0"
rand = "0.8"

[dev-dependencies]
# 开发依赖
criterion = "0.4"

[profile.release]
# 发布配置
opt-level = 3
lto = true

3.4 常用 Cargo 命令¶

# 构建项目
cargo build

# 构建并运行
cargo run

# 运行测试
cargo test

# 检查代码（不构建）
cargo check

# 生成文档
cargo doc --open

# 格式化代码
cargo fmt

# 代码检查
cargo clippy

# 发布构建
cargo build --release

# 清理构建文件
cargo clean

# 更新依赖
cargo update

💻 第一个 Rust 程序¶

4.1 Hello World¶

创建并运行第一个程序：

cargo new hello_world
cd hello_world

编辑 src/main.rs：

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

运行程序：

cargo run

输出：

Hello, World!

4.2 程序解析¶

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

代码解析： - fn main()：定义主函数，程序入口 - println!：宏，打印文本到控制台 - !：表示这是一个宏调用 - ;：语句结束符

4.3 变量和打印¶

fn main() {
    let name = "Rust";
    let version = 1.75;

    println!("Hello, {}!", name);
    println!("Version: {}", version);
    println!("Formatted: {} version {}", name, version);
}

🔧 开发工具¶

5.1 rustfmt¶

自动格式化代码：

# 格式化当前项目
cargo fmt

# 检查格式
cargo fmt -- --check

5.2 clippy¶

代码检查和优化建议：

# 运行 clippy
cargo clippy

# 修复可自动修复的问题
cargo clippy --fix

5.3 rustdoc¶

生成文档：

/// 计算两个数的和
///
/// # 参数
/// * `a` - 第一个数
/// * `b` - 第二个数
///
/// # 返回值
/// 返回两个数的和
///
/// # 示例
/// ```
/// let result = add(2, 3);
/// assert_eq!(result, 5);
/// ```
fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

生成并查看文档：

cargo doc --open

📝 练习题¶

练习 1：环境验证¶

1. 安装 Rust 并验证版本
2. 创建一个新项目
3. 编写并运行一个简单的程序

练习 2：Cargo 项目¶

1. 创建一个库项目
2. 添加一个公共函数
3. 编写测试用例
4. 运行测试

练习 3：文档生成¶

1. 为函数添加文档注释
2. 生成项目文档
3. 在浏览器中查看文档

💡 最佳实践¶

1. 使用 rustup 管理 Rust 版本¶

# 查看已安装的版本
rustup show

# 安装特定版本
rustup install 1.70.0

# 切换默认版本
rustup default 1.70.0

# 为特定项目设置版本
rustup override set 1.70.0

2. 使用 Cargo 工作空间¶

对于大型项目，使用工作空间管理多个包：

# Cargo.toml
[workspace]
members = [
    "core",
    "cli",
    "server",
]

3. 配置 .gitignore¶

/target/
**/*.rs.bk
Cargo.lock

4. 使用预编译依赖¶

# 使用预编译的二进制文件加速构建
export RUST_USE_CROSS=1

⚠️ 常见问题¶

Q1: 安装速度慢怎么办？¶

A: 使用国内镜像源：

# 设置环境变量
export RUSTUP_DIST_SERVER=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/rustup

Q2: 编译速度慢怎么办？¶

A: 优化编译速度：

# Cargo.toml
[profile.dev]
opt-level = 0  # 关闭优化

Q3: 如何卸载 Rust？¶

A: 使用 rustup：

rustup self uninstall

📚 扩展阅读¶

• Rust 官方文档
• Cargo 手册
• Rust by Example
• Rust 程序设计语言

🎯 本章小结¶

本章介绍了 Rust 的历史、特点和优势，并指导您完成了开发环境的搭建。您现在应该能够：

• ✅ 了解 Rust 的设计理念和核心特性
• ✅ 完成 Rust 开发环境的安装和配置
• ✅ 使用 Cargo 创建和管理项目
• ✅ 编写并运行简单的 Rust 程序
• ✅ 使用基本的开发工具

下一章： 我们将学习 Rust 的基础语法，包括变量、数据类型、函数和控制流。