Rust编程之道

Rust编程之道

出版信息

张汉东 / 电子工业出版社 / 2019-1 / 128

内容简介

Rust 是一门利用现代化的类型系统,有机地融合了内存管理、所有权语义和混合编程范式的编程语言。它不仅能科学地保证程序的正确性,还能保证内存安全和线程安全。同时,还有能与C/C++语言媲美的性能,以及能和动态语言媲美的开发效率。

《Rust编程之道》并非对语法内容进行简单罗列讲解,而是从四个维度深入全面且通透地介绍了Rust 语言。从设计哲学出发,探索Rust 语言的内在一致性;从源码分析入手,探索Rust 地道的编程风格;从工程角度着手,探索Rust 对健壮性的支持;从底层原理开始,探索Rust 内存安全的本质。

《Rust编程之道》涵盖了Rust 2018 的特性,适合有一定编程经验且想要学习Rust 的初学者,以及对Rust 有一定的了解,想要继续深入学习的进阶者。

作者简介

张汉东,80后,资深软件工程师、企业独立咨询师、技术作者译者。爱好读书、写作,喜欢研究技术、学习之道,以及心智和认知开发模式。曾在互联网行业沉浮十余载,先后效力于电商、社交游戏、广告和众筹领域。作为企业独立咨询师,先后为思科、平安科技和闪迪等公司提供咨询服务。目前在心智教育及创客领域开疆拓土。是《Ruby原理剖析》一书的译者。喜欢Rust语言,为Rust语言提交了三次编译器Bug,并协助修复其中之一。为官方Rust 2018 Guide做过贡献,并数次提出改进意见。参与了国内Rust社区的管理和运营,在2018年打造了《Rust每日新闻》频道,深受Rustacean们的喜爱。为初学者精心打造了Rust必学第一课:知乎Live《如何系统地学习Rust语言》,获得五星好评。

目录

第1 章 新时代的语言 1
1.1 缘起 1
1.2 设计哲学 3
1.2.1 内存安全 3
1.2.2 零成本抽象 4
1.2.3 实用性 5
1.3 现状与未来 7
1.3.1 语言架构 8
1.3.2 开源社区 9
1.3.3 发展前景 9
1.4 Rust 代码如何执行 10
1.5 小结 10
第2 章 语言精要 11
2.1 Rust 语言的基本构成 11
2.1.1 语言规范 11
2.1.2 编译器 12
2.1.3 核心库 12
2.1.4 标准库 12
2.1.5 包管理器 13
2.2 语句与表达式 13
2.3 变量与绑定 14
2.3.1 位置表达式和值表达式 15
2.3.2 不可变绑定与可变绑定 15
2.3.3 所有权与引用 16
2.4 函数与闭包 17
2.4.1 函数定义 17
2.4.2 作用域与生命周期 18
2.4.3 函数指针 19
2.4.5 CTFE 机制 20
2.4.6 闭包 20
2.5 流程控制 22
2.5.1 条件表达式 22
2.5.2 循环表达式 23
2.5.3 match 表达式与模式匹配 24
2.5.4 if let 和while let 表达式 25
2.6 基本数据类型 26
2.6.1 布尔类型 26
2.6.2 基本数字类型 26
2.6.3 字符类型 27
2.6.4 数组类型 28
2.6.5 范围类型 29
2.6.6 切片类型 29
2.6.7 str 字符串类型 30
2.6.8 原生指针 31
2.6.9 never 类型 31
2.7 复合数据类型 32
2.7.1 元组 32
2.7.2 结构体 33
2.7.3 枚举体 36
2.8 常用集合类型 38
2.8.1 线性序列:向量 38
2.8.2 线性序列:双端队列 39
2.8.3 线性序列:链表 40
2.8.4 Key-Value 映射表:HashMap 和BTreeMap 40
2.8.5 集合:HashSet 和BTreeSet 41
2.8.6 优先队列:BinaryHeap 42
2.9 智能指针 42
2.10 泛型和trait 43
2.10.1 泛型 43
2.10.2 trait 44
2.11 错误处理 47
2.12 表达式优先级 48
2.13 注释与打印 48
2.14 小结 50
第3 章 类型系统 51
3.1 通用概念 51
3.1.1 类型系统的作用 51
3.1.2 类型系统的分类 52
3.1.3 类型系统与多态性 53
3.2 Rust 类型系统概述 53
3.2.1 类型大小 53
3.2.2 类型推导 58
3.3 泛型 60
3.3.1 泛型函数 60
3.3.2 泛型返回值自动推导 62
3.4 深入trait 62
3.4.1 接口抽象 63
3.4.2 泛型约束 69
3.4.3 抽象类型 71
3.4.4 标签trait 77
3.5 类型转换 83
3.5.1 Deref 解引用 83
3.5.2 as 操作符 86
3.5.3 From 和Into 88
3.6 当前trait 系统的不足 89
3.6.1 孤儿规则的局限性 90
3.6.2 代码复用的效率不高 91
3.6.3 抽象表达能力有待改进 93
3.7 小结 94
第4 章 内存管理 95
4.1 通用概念 95
4.1.1 栈 96
4.1.2 堆 99
4.1.3 内存布局 101
4.2 Rust 中的资源管理 103
4.2.1 变量和函数 103
4.2.2 智能指针与RAII 106
4.2.3 内存泄漏与内存安全 110
4.2.4 复合类型的内存分配和布局 115
4.3 小结 117
第5 章 所有权系统 119
5.1 通用概念 120
5.2 所有权机制 123
5.3 绑定、作用域和生命周期 125
5.3.1 不可变与可变 126
5.3.2 绑定的时间属性——生命周期 127
5.4 所有权借用 131
5.5 生命周期参数 135
5.5.1 显式生命周期参数 136
5.5.2 省略生命周期参数 143
5.5.3 生命周期限定 145
5.5.4 trait 对象的生命周期 145
5.6 智能指针与所有权 146
5.6.1 共享所有权 Rc<T>和Weak<T> 149
5.6.2 内部可变性Cell<T>和RefCell<T> 151
5.6.3 写时复制Cow<T> 153
5.7 并发安全与所有权 156
5.8 非词法作用域生命周期 157
5.9 小结 161
第6 章 函数、闭包与迭代器 162
6.1 函数 162
6.1.1 函数屏蔽 164
6.1.2 函数参数模式匹配 164
6.1.3 函数返回值 165
6.1.4 泛型函数 166
6.1.5 方法与函数 167
6.1.6 高阶函数 168
6.2 闭包 171
6.2.1 闭包的基本语法 172
6.2.2 闭包的实现 173
6.2.3 闭包与所有权 178
6.2.4 闭包作为函数参数和返回值 184
6.2.5 高阶生命周期 190
6.3 迭代器 194
6.3.1 外部迭代器和内部迭代器 194
6.3.2 Iterator trait 195
6.3.3 IntoIterator trait 和迭代器 199
6.3.4 迭代器适配器 202
6.3.5 消费器 207
6.3.6 自定义迭代器适配器 211
6.4 小结 214
第7 章 结构化编程 216
7.1 面向对象风格编程 217
7.1.1 结构体 217
7.1.2 枚举体 225
7.1.3 析构顺序 230
7.2 常用设计模式 233
7.2.1 建造者模式 234
7.2.2 访问者模式 236
7.2.3 RAII 模式 239
7.3 小结 243
第8 章 字符串与集合类型 244
8.1 字符串 244
8.1.1 字符编码 244
8.1.2 字符 247
8.1.3 字符串分类 249
8.1.4 字符串的两种处理方式 251
8.1.5 字符串的修改 253
8.1.6 字符串的查找 256
8.1.7 与其他类型相互转换 265
8.1.8 回顾 270
8.2 集合类型 271
8.2.1 动态可增长数组 271
8.2.2 映射集 281
8.3 理解容量 289
8.4 小结 292
第9 章 构建健壮的程序 294
9.1 通用概念 294
9.2 消除失败 295
9.3 分层处理错误 297
9.3.1 可选值Option<T> 298
9.3.2 错误处理Result<T, E> 302
9.4 恐慌(Panic) 314
9.5 第三方库 316
9.6 小结 319
第10 章 模块化编程 320
10.1 包管理 321
10.1.1 使用Cargo 创建包 321
10.1.2 使用第三方包 323
10.1.3 Cargo.toml 文件格式 331
10.1.4 自定义Cargo 337
10.2 模块系统 339
10.3 从零开始实现一个完整功能包 344
10.3.1 使用Cargo 创建新项目 345
10.3.2 使用structopt 解析命令行参数 345
10.3.3 定义统一的错误类型 347
10.3.4 读取CSV 文件 348
10.3.5 替换CSV 文件中的内容 351
10.3.6 进一步完善包 353
10.4 可见性和私有性 358
10.5 小结 360
第11 章 安全并发 362
11.1 通用概念 362
11.1.1 多进程和多线程 363
11.1.2 事件驱动、异步回调和协程 364
11.1.3 线程安全 365
11.2 多线程并发编程 370
11.2.1 线程管理 371
11.2.2 Send 和Sync 375
11.2.3 使用锁进行线程同步 379
11.2.4 屏障和条件变量 384
11.2.5 原子类型 386
11.2.6 使用Channel 进行线程间通信 388
11.2.7 内部可变性探究 397
11.2.8 线程池 399
11.2.9 使用Rayon 执行并行任务 407
11.2.10 使用Crossbeam 409
11.3 异步并发 412
11.3.1 生成器 413
11.3.2 Future 并发模式 418
11.3.3 async/await 421
11.4 数据并行 428
11.4.1 什么是SIMD 429
11.4.2 在Rust 中使用SIMD 430
11.5 小结 434
第12 章 元编程 435
12.1 反射 436
12.1.1 通过is 函数判断类型 436
12.1.2 转换到具体类型 437
12.1.3 非静态生命周期类型 439
12.2 宏系统 440
12.2.1 起源 440
12.2.2 Rust 中宏的种类 441
12.2.3 编译过程 442
12.2.4 声明宏 445
12.2.5 过程宏 458
12.3 编译器插件 472
12.4 小结 475
第13 章 超越安全的边界 477
13.1 Unsafe Rust 介绍 477
13.1.1 Unsafe 语法 478
13.1.2 访问和修改可变静态变量 480
13.1.3 Union 联合体 480
13.1.4 解引用原生指针 483
13.2 基于Unsafe 进行安全抽象 484
13.2.1 原生指针 484
13.2.2 子类型与型变 489
13.2.3 未绑定生命周期 494
13.2.4 Drop 检查 495
13.2.5 NonNull<T>指针 505
13.2.6 Unsafe 与恐慌安全 508
13.2.7 堆内存分配 508
13.2.8 混合代码内存安全架构三大原则 510
13.3 和其他语言交互 510
13.3.1 外部函数接口 510
13.3.2 与C/C++语言交互 514
13.3.3 使用Rust 提升动态语言性能 528
13.4 Rust 与WebAssembly 532
13.4.1 WebAssembly 要点介绍 533
13.4.2 使用Rust 开发WebAssembly 539
13.4.3 打造WebAssembly 开发生态 541
13.5 小结 543
附录A Rust 开发环境指南 544
附录B Rust 如何调试代码 549

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