Rust“巨坑”？真相來了！

　　作者 | Kevin Scott

　　Rust是一門極具爭議性的語言。有許多創(chuàng)業(yè)公司的開發(fā)者甚至創(chuàng)始人都點(diǎn)名表示：Rust是巨坑!簡直浪費(fèi)時間。再比如，其他語言中的“粗糙編碼”的編程方式在Rust中也很難實(shí)現(xiàn);庫和文檔也不夠成熟，學(xué)習(xí)起來相當(dāng)費(fèi)勁，諸如此類。

　　但總的來說，在強(qiáng)調(diào)“安全性比開發(fā)生產(chǎn)力更重要”的今天，Rust從來沒有失去成為一種未來語言的資格。雖然正視缺點(diǎn)很重要，但有些草率的批評也許未必是真相，或者說是不準(zhǔn)確的。

　　本文為大家呈現(xiàn)一篇“不偏不倚”的Rust的真實(shí)特性。

　　1、并非所有開發(fā)都是系統(tǒng)編程

　　Rust 是一種系統(tǒng)編程語言。它提供對數(shù)據(jù)布局和代碼運(yùn)行時行為的精確控制，為提供最大的性能和靈活性。與其他系統(tǒng)編程語言不同，它還提供內(nèi)存安全性——有缺陷的程序以明確定義的方式終止，而不是表現(xiàn)出(潛在的安全威脅)未定義的行為。

　　然而，在大多數(shù)情況下，人們不需要終極性能或?qū)τ布�資源的極端控制。在這種情況下，像 Kotlin 或 Go 這樣的現(xiàn)代可管理語言，提供的速度也不錯，性能也令人滿意，并且由于具有垃圾收集器的動態(tài)內(nèi)存管理而保證了內(nèi)存安全。

　　2、語言復(fù)雜性

　　程序員的時間是寶貴的，如果選擇了 Rust，預(yù)計(jì)會花一些時間學(xué)習(xí)各種使用技術(shù)。Rust 社區(qū)投入了大量時間來創(chuàng)建各種高質(zhì)量的教程，但 Rust 語言非常龐大。

　　即使 Rust 可以為你提供價(jià)值，你可能也沒有太多精力投入到提高你的語言專業(yè)知識上。要知道，Rust 增強(qiáng)控制力是有代價(jià)的：選擇變得有講究了。

　　復(fù)制

　　struct Foo { bar: Bar }

　　struct Foo < 'a > { bar: & 'a Bar }

　　struct Foo < 'a > { bar: & 'a mut Bar }

　　struct Foo { bar: Box }

　　struct Foo { bar : Rc }

　　struct Foo { bar: Arc }

　　在 Kotlin 中，開始類 Foo(val bar: Bar) 并繼續(xù)解決業(yè)務(wù)問題。在 Rust 中，需要做出一些選擇，其中一些選擇非常重要，需要專門的語法。

　　所有這些復(fù)雜性的存在都是有原因的——我們不知道如何創(chuàng)建更簡單的內(nèi)存安全的低級語言，盡管并不是每個任務(wù)都需要用低級語言來解決。

　　3、編譯時間

　　漫長的編譯時間往往會壓垮每一位程序員。用運(yùn)行速度較慢但編譯速度較快的編程語言編寫的代碼，通常更有機(jī)會運(yùn)行得更快，因?yàn)槌绦騿T有更多時間來優(yōu)化代碼。

　　Rust 在通用性難題中故意選擇了緩慢的編譯器。這不一定是世界末日(因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的運(yùn)行時性能增益是真實(shí)的)，但這確實(shí)意味著在較大的項(xiàng)目中，開發(fā)者將不得不努力爭取合理的構(gòu)建時間。

　　rustc 實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)編譯器中可能最先進(jìn)的增量編譯算法，但這感覺有點(diǎn)像與語言編譯模型作斗爭。詳情可以移步這篇官網(wǎng)：

　　https://rustc-dev-guide.rust-lang.org/queries/incremental-compilation .html

　　與 C++ 不同，Rust 構(gòu)建并沒有笨拙地并行化，并行度受到依賴圖中關(guān)鍵路徑長度的限制。如果有 40 個以上的內(nèi)核進(jìn)行編譯，則會顯示此信息。

　　Rust 還缺乏類似 pimpl 的功能，這意味著更改 crate 需要重新編譯(不僅僅是重新鏈接)其所有反向依賴項(xiàng)。

　　4、相對年輕的語言

　　Rust 只有 8 年的歷史，相較而言，Rust還算一門年輕的語言。創(chuàng)建這個新語言的目的是為了解決一個頑疾：軟件的演進(jìn)速度大大低于硬件的演進(jìn)，軟件在語言級別上無法真正利用多核計(jì)算帶來的性能提升。

　　根據(jù)林迪效應(yīng)，相信“C++ 將在未來十年內(nèi)存在”的人要遠(yuǎn)多于對“Rust 將在十年內(nèi)存在”的人。同樣地，如果你編寫的軟件可以使用數(shù)十年，在選擇新技術(shù)之前，往往會再三考慮與之相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

　　但慎重考慮并不代表放棄新技術(shù)。一個過去的案例就是，在 90 年代為銀行軟件選擇 Java 而不是 Cobol 事實(shí)證明是正確的選擇)。

　　Rust 目前只有一種完整的實(shí)現(xiàn)——rustc 編譯器。另一個最佳替代實(shí)現(xiàn)，mrustc，有意省略了許多靜態(tài)安全檢查。rustc 目前僅支持一種生產(chǎn)就緒后端 - LLVM。因此，它對 CPU 架構(gòu)的支持范圍比 C 語言更窄，后者具有 GCC 實(shí)現(xiàn)以及許多特定于供應(yīng)商的專有編譯器。

　　最后，Rust 缺乏官方規(guī)范。參考文檔正在開發(fā)中，尚未記錄實(shí)現(xiàn)的所有細(xì)節(jié)。

　　5、可替代性

　　在系統(tǒng)編程領(lǐng)域，除了 Rust 之外，還有其他一些語言，主要是 C、C++ 和 Ada。

　　現(xiàn)代 C++ 提供了提高安全性的工具和指南，甚至有人為C++提出了類似 Rust 的生命周期機(jī)制。但與 Rust 不同，使用這些工具并不能保證沒有內(nèi)存安全問題。但是，如果你已經(jīng)維護(hù)了大量 C++ 代碼，那么檢查以下最佳實(shí)踐和使用清理程序是否有助于解決安全問題是有意義的。這很困難，但顯然比用另一種語言重寫它要容易。

　　如果你使用C，你可以使用形式化方法來證明不存在未定義的行為，否則你只能詳盡地測試一切。如果不使用動態(tài)內(nèi)存(切勿調(diào)用 free)，Ada 是內(nèi)存安全的。

　　Rust 偏偏是成本/安全曲線上的一個有趣的權(quán)衡點(diǎn)，但肯定不是唯一的不可替代的點(diǎn)。

　　6、工具

　　Rust 工具是值得點(diǎn)贊叫好的�；�線工具、編譯器和構(gòu)建系統(tǒng)(cargo)通常被認(rèn)為是一流的。

　　但是，例如，一些與運(yùn)行時相關(guān)的工具(尤其是堆分析)目前還不存在——如果沒有運(yùn)行時工具，就很難分析程序的運(yùn)行時。此外，雖然 IDE 支持不錯，但它還遠(yuǎn)未達(dá)到 Java 級別的可靠性。如今，在 Rust 中不可能自動復(fù)雜地重構(gòu)數(shù)百萬行程序。

　　7、性能

　　“使用 LLVM”并不是解決所有性能問題的通用方法。雖然我不知道 C++ 和 Rust 的大規(guī)模性能基準(zhǔn)，但不難列出一些 Rust 不如 C++ 的性能問題。

　　最大的一個可能，是 Rust 的移動語義是基于值的(機(jī)器代碼級別的 memcpy)。相比之下，C++ 語義使用特殊引用(機(jī)器代碼級別的指針)，可以在其中處理數(shù)據(jù)。

　　理論上，編譯器應(yīng)該能夠看穿復(fù)制鏈，但實(shí)際上卻常常做不到。要知道， 一個相關(guān)的問題是不放置新的——Rust 有時需要從堆棧復(fù)制字節(jié)，而 C++ 可以就地構(gòu)造東西對象。

　　有趣的是，為了使其盡可能高效而不穩(wěn)定，Rust 的默認(rèn) ABI有時比 C 更糟糕。

　　圖片

　　最后，雖然理論上 Rust 代碼應(yīng)該由于更豐富的別名信息而更加高效，但啟用與別名相關(guān)的優(yōu)化可能會導(dǎo)致 LLVM 錯誤和錯誤編譯。

　　但是，重申一下，這些都是個例，有時的情況恰恰相反。例如，Rust 的 Box 中不存在 std::unique_ptr 的性能問題。一個潛在的更大問題是 Rust 的定義時檢查泛型不如 C++ 那樣富有表現(xiàn)力。因此，一些高性能的 C++ 模板技巧很難在 Rust 中用漂亮的語法來表達(dá)。

　　8、不安全(Unsafe)的定義

　　也許跟“所有權(quán)”和“借用”相比，更核心的問題是不安全(Unsafe)的邊界。通過界定Unsafe塊和函數(shù)后面的所有不安全操作，并為它們提供安全的上層接口，可以創(chuàng)建一個兼具以下功能的函數(shù)：

　　一、可解釋(非不安全(non-unsafe)的代碼不會導(dǎo)致未定義的行為)。二、模塊化(可以單獨(dú)檢查不同的不安全塊)。

　　顯然，這個承諾已經(jīng)在實(shí)踐中得到了證實(shí)：有bug的 Rust 代碼不會造成緩沖區(qū)溢出。

　　當(dāng)然，問題沒那么簡單，也不那么樂觀。

　　首先，Rust 的內(nèi)存模型沒有定義，因此無法正式檢查給定的不安全塊是否有效。對于“rust-c 做什么或可能依賴什么”，有非正式的定義，運(yùn)行時驗(yàn)證器正在開發(fā)中，但實(shí)際模型正在不斷變化。因此，可能有一些unsafe的代碼，今天雖然在實(shí)踐中可用，但明天就可能會被聲明為無效，并且在明年就會被新的編譯器優(yōu)化所破壞掉。

　　其次，據(jù)業(yè)內(nèi)開發(fā)者的觀察結(jié)果是，unsafe實(shí)際上并不是模塊化的。足夠強(qiáng)大的不安全塊實(shí)際上可以擴(kuò)展語言。兩個這樣的擴(kuò)展，單獨(dú)使用時可能沒問題，但如果一起使用，可能會導(dǎo)致未定義的行為、觀察到的等效性和不安全的代碼。