簡介

數(shù)十年來，系統(tǒng)編程的世界一直由C++主導(dǎo)著。它因其高性能和靈活性而受到稱贊。但是，近年來，出現(xiàn)了一個(gè)新的挑戰(zhàn)者: Rust。這個(gè)由Mozilla開發(fā)的Rust因其安全性和性能而吹捧，在開發(fā)人員中越來越受歡迎。在這篇博客文章中，我將介紹Rust和C++之間的差異，重點(diǎn)介紹其性能，安全性和生態(tài)系統(tǒng)。

性能

系統(tǒng)編程最關(guān)鍵的方面之一是性能。 Rust和C++都在該領(lǐng)域發(fā)光，但它們以不同的方式實(shí)現(xiàn)高性能的特性。

C++一直是用于高性能計(jì)算的首選語言。它允許對系統(tǒng)資源（包括內(nèi)存、硬件）進(jìn)行細(xì)粒度的控制。但是，如果無法正確管理，這種控制的后果是可能的錯(cuò)誤操作和未定義的行為，因此有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

而Rust提供了與C++相當(dāng)?shù)母咝阅芎瓦\(yùn)行效率。最顯著的區(qū)別在于，Rust試圖在編譯時(shí)確保安全，從而在不犧牲速度的情況下減少了潛在的運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。在如下簡單的階乘運(yùn)算的代碼片段中：

• rust

fn factorial(n: u64) -> u64 {
    match n {
        0 => 1,
        _ => n * factorial(n-1),
    }
}

• C++

unsigned long long factorial(unsigned long long n) {
    return (n == 0) ? 1 : n * factorial(n - 1);
}

這些都是兩種語言中階乘功能的簡單遞歸實(shí)現(xiàn)，測試中兩種方式的性能幾乎相近。

安全

安全是Rust設(shè)計(jì)的核心之一。 Rust的借用檢查器在編譯時(shí)執(zhí)行保證記憶安全，從而防止了整個(gè)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。這包括NULL指針刪除，數(shù)據(jù)競賽和緩沖區(qū)溢出，這是系統(tǒng)編程中常見的問題, 參考以下生Rust代碼片段：

fn main() {
    let mut data = vec![1, 2, 3, 4, 5];
    let y = &data[0];
    data.push(6); // This line will cause a compile-time error
    println!("{}", y);
}

在此示例中，Rust代碼在編譯時(shí)立即檢查是否符合規(guī)范，提示無法引用該變量。直接在編譯期間就能消除潛在的懸掛指針。

C++使用其自己的一套機(jī)制來解決安全性。例如，std ::數(shù)組和std :: vector加上智能指針和raii（資源獲取時(shí)初始化）有助于管理內(nèi)存和資源壽命?，F(xiàn)代C++標(biāo)準(zhǔn)通過這些機(jī)制大大減輕了錯(cuò)誤的可能性，請對比如下C++代碼：

#include 
#include 

using namespace std;

int main(){
    std::vector data = {1, 2, 3, 4, 5};
    int& y = data[0];
    std::cout << "y:" << y << endl;
    for(int i = 0; i < 0xffffff; i++){
        data.push_back(6);

        // 'y' could be a dangling reference if reallocation occurs
        if( y != 1){
            std::cout << "y:" << y << " i: " << i << endl;
            break;
        }
    }
    return 0;
}

在該片段代碼中，C++編譯器能直接編譯通過，而不會(huì)有任何錯(cuò)誤或警告提示。在實(shí)際中，該代碼可能因?yàn)槿萜鞯闹匦路峙鋵?dǎo)致內(nèi)部索引重新被修改，如測試顯示，如果使用C++則無法提前檢測該風(fēng)險(xiǎn)。

因此盡管上面的C++代碼在語法上是正確的，并且可能會(huì)按預(yù)期工作，但它缺乏與Rust提供的相同的嚴(yán)格編譯保證。在C++中，開發(fā)人員依靠良好的經(jīng)驗(yàn)和正確使用該語言功能來避免錯(cuò)誤。編譯器將不會(huì)提示容器的push操作，即使它可能導(dǎo)致重新分配的緩沖區(qū)和懸空原指針。

總而言之，盡管現(xiàn)代C++具有幫助確保記憶安全的機(jī)制，但Rust的方法根本不同。 Rust嚴(yán)格的編譯時(shí)間安全檢查旨在默認(rèn)情況下執(zhí)行記憶安全，從而減少了對開發(fā)人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的依賴。對于安全性至關(guān)重要的項(xiàng)目，例如并發(fā)，并行或嵌入式系統(tǒng)編程、金融交易系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤其有吸引力。

生態(tài)

C++擁有一個(gè)龐大又豐富的生態(tài)系統(tǒng)，其中包含許多庫，框架，豐富的教程和書籍、工具和大型開發(fā)人員社區(qū)。但是，高齡的語言意味著有許多過時(shí)的設(shè)計(jì)和零散的編碼方式?，F(xiàn)代C++（C++ 11及以后）改善了這一點(diǎn)，但對于新開發(fā)人員來說，這仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

Rust是一種較新的語言，尚未像C ++那樣廣泛的生態(tài)系統(tǒng)。但是，它正在迅速增長，官方庫（稱為“crate”）定期添加新的內(nèi)容。 Rust生態(tài)系統(tǒng)因其高質(zhì)量文檔以及其軟件包經(jīng)理貨物的集成而受到贊揚(yáng)，cargo工具簡化了依賴關(guān)系管理和構(gòu)建流程。

此外，Rust有一個(gè)充滿活力，熱情的社區(qū)。在最近幾年中，每年度Stack overflow開發(fā)人員的調(diào)查一中顯示Rust是開發(fā)人員的“最愛”語言。

總結(jié)

盡管C++提供了無與倫比的控制效果和卓越性能，并受到一個(gè)龐大的成熟生態(tài)系統(tǒng)的支持，但它的缺陷是安全性的檢測，而rust極度卓越的安全性能而又不會(huì)損害代碼的性能，這將成為具有吸引力的選擇。兩者之間的選擇，很大程度上取決于您項(xiàng)目的特定需求。 C++由于其可靠的性能和廣泛的資源，是針對高性能應(yīng)用的可靠選擇。而Rust強(qiáng)調(diào)安全性，出色的項(xiàng)目管理和開發(fā)工具和快速增長的生態(tài)系統(tǒng)、優(yōu)雅的文檔系統(tǒng)，非常適合那些尋求最大程度地減少常見編程錯(cuò)誤的現(xiàn)代語言的人。無論如何，兩種語言都為高效，強(qiáng)大的應(yīng)用提供了獨(dú)特的功能，并且它們持續(xù)的演變將繼續(xù)豐富系統(tǒng)編程。