Rust官方作序力荐 | 基于Rust 2018大版本 | 从设计理念出发讲解，降低Rust学习曲线！

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。

前言 在我刚开始学习Rust 的时候，在社区里听到最多的声音就是“Rust 学习曲线陡”。已经有一定编程经验的人在学习一门新语言时，都喜欢直接上手写代码，因为这样可以快速体验这门语言的特色。对于大多数语言来说，这样确实可以达到一定的学习目的。但是当他们在初次学习Rust 的时候，就很难通过直接上手来体验这种快感。 我第一次学习Rust 时就遇到了这样的情况。我按以往的编程经验直接写下了代码，但是编译无法通过；可是有时候简单调换两行代码的顺序，程序就能顺利编译成功了，这让我非常困惑。我想这也是大多数人感觉“Rust 学习曲线陡”的原因吧。经过和Rust 编译器的多次“斗争”之后，我不得不重新反思自己的学习方法。看样子，Rust 编译器暗含了某种规则，只要程序员违反了这些规则，它就会检查出来并阻止你。这就意味着，作为程序员，你必须主动理解并遵守这些规则，编译器才能和你“化敌为友”。 所以，我就开始了对Rust 的第二轮学习，忘掉自己以往的所学，抱着初学者的心态，从零开始系统地学习Rust。然而，事情并没有这么简单。 Rust 官方虽然提供了Rust Book，但是内容的组织非常不友好，基本就是对知识点的罗列，系统性比较差。后来官方也意识到了这个问题，推出了第2 版的Rust Book，内容组织方面改善了很多，对学习者也非常友好，但系统性还是差了点。后来又看了国内Rust 社区组织群友们合著的Rust Primer，以及国外的Programming Rust，我才对Rust 建立了基本的认知体系。 直到此时，我才意识到一个重要的问题：Rust 学习曲线陡的根本原因在于Rust 语言融合了多种语言特性和多种编程范式。这就意味着，Rust 涉及的知识范围非常广泛，涵盖了面向对象、函数式、泛型、底层内存管理、类型系统、设计模式等知识。从底层到上层抽象，从模式到工程化健壮性，无所不包。可以说，Rust 是编程语言发展至今的集大成者。对于大多数Rust 语言的初学者来说，他掌握的知识体系范围是小于Rust 所包含的知识量的，所以在学习Rust 的过程中会遇到无法理解的内容。 我在学习Rust 之前，所掌握的编程语言知识体系大多是和拥有GC 的动态语言相关的，对于底层内存管理知之甚少。所以在我学习Rust 所有权的时候，就很难理解这种机制对于内存安全的意义所在；而我所认识的一些拥有C 语言编程经验的朋友，在学习Rust 时面临的问题是，难以理解Rust 支持的上层抽象，对他们来说，Rust 中融合的类型系统和编程范式就是他们学习道路上的“拦路虎”；对于拥有Haskell 等函数式编程经验的朋友，会感觉Rust的类型系统很容易理解，但是底层的内存管理和所有权机制又成了需要克服的学习障碍；来自C++编程圈的朋友，尤其是懂现代C++的朋友，对Rust 所有权机制理解起来几乎没有困难，但是类型系统和函数式编程范式可能会阻碍他们的学习。当然，如果正好你没有上述情况，那说明你的相关知识体系已经很全面了，你在Rust 的学习之路上将会非常顺利。 这是不是意味着，在学习Rust 之前需要把其他语言都学一遍呢？答案是否定的。 Rust 编程语言虽然融合了很多其他语言的特性和范式，但它不是进行简单的内容堆叠，而是有机地融合了它们。也就是说，Rust 遵循着高度的一致性内核来融合这些特性。我们只需要从Rust 的设计哲学出发，牢牢地把握它的设计一致性，就可以把它的所有特性都串起来，从而达到掌握它的目的。这正是本书遵循的写作逻辑。 本书特点 从设计哲学出发，探索Rust 语言的内在一致性。设计哲学是一门优秀编程语言保持语言一致性的关键所在。设计哲学是语言特性和语法要素设计的诱因和准则。理解Rust 语言的设计哲学，有助于把握Rust 语言的内核与一致性，把Rust 看似纷繁复杂的特性都系统地串起来。 从源码分析入手，探索Rust 地道的编程风格。Rust 是一门自举的语言，也就是说，Rust语言由Rust 自身实现。通过阅读Rust 标准库和一些第三方库的源码，不仅可以深入理解Rust提供的数据类型和数据结构，更能体验和学习地道的Rust 编程风格。 从工程角度着手，探索Rust 对健壮性的支持。Rust 通过类型系统、断言、错误处理等机制保证内存安全的同时，还保证了系统的健壮性。从工程角度去看 Rust，才能看到 Rust对系统健壮性的支持是多么优雅。 从底层原理开始，探索Rust 内存安全的本质。只有深入底层，才能理解Rust 所有权机制对于内存安全的意义。而且可以进一步理解Rust 的类型系统，以及Unsafe Rust 存在的必要性。 读者群体 适合本书的读者群体包括：  有一定编程经验，想要学习Rust 的初学者。  对Rust 有一定了解，还想对Rust 深入学习的进阶者。 本书不适合完全没有编程基础的人学习。 如何阅读本书 对于Rust 初学者，建议按照章节顺序去阅读。因为本书每一章内容基本都依赖于前一章内容的前置知识。 对于Rust 有一定了解的朋友，可以选择你感兴趣的章节去阅读。因为本书的每一章也是对一个垂直主题的深入探讨。 一些章节的开头罗列出了通用概念，这是为了更通透地讲解相关知识的来龙去脉。如果你对这部分内容不了解，那么建议你把这部分内容（属于前置知识）认真看完再去看后面的内容。如果你对这部分内容已经有了充分的了解，那么完全可以跳过，直接选择你最关心的内容去阅读。 章节概述 第1 章 新时代的语言。这一章将从Rust 语言的发展历史概述开始，引出Rust 的设计哲学，通过设计哲学进一步阐述Rust 的语言架构。该语言架构也是本书组织内容时遵循的准则之一。这一章还将介绍Rust 语言社区的现状和未来展望。最重要的是，这一章将介绍Rust代码的执行流程，这对于理解本书后面的章节会有所帮助。 第2 章 语言精要。学习任何一门语言时，首先要做的就是了解其语法。这一章将罗列Rust 语言中的常用语法，但不是简单罗列，而是遵循一定的逻辑进行罗列。在介绍语法之前，这一章会先对Rust 语言的基本构成做整体概述。然后将介绍一个非常重要的概念：表达式。它是Rust 语法遵循的最简单的准则之一。接下来才会依次介绍Rust 中最常用的语法，让读者对Rust 语言有一个初步的了解。 第3 章 类型系统。类型系统是现代编程语言的重要支柱。这一章首先将以通用概念的形式介绍类型系统相关的概念，目的是帮助不了解类型系统的读者建立初步认知。接下来将从三方面阐述Rust 的类型系统。为了理解Rust 基于栈来管理资源的思想，有必要先了解Rust中对类型的分类，比如可确定大小类型、动态大小类型和零大小类型等。这一章还将介绍Rust类型推导功能及其不足。接下来将介绍Rust 中的泛型编程。泛型是Rust 类型系统中最重要 的一个概念。最后会介绍Rust 的“灵魂”，trait 系统。对类型系统建立一定的认知，有利于学习后面的内容。 第4 章 内存管理。这一章首先将介绍底层内存管理的通用概念。在此基础上，围绕内存安全这个核心，从变量定义到智能指针，逐渐阐述Rust 中资源管理的哲学。这部分内容是真正理解Rust 所有权机制的基础。 第5 章 所有权系统。这一章首先会介绍关于值和引用语义的通用概念，然后在此基础上探讨Rust 的所有权机制。读者将看到，Rust 如何结合类型系统和底层内存管理机制，以及上层值和引用的语义形成现在的Rust 所有权系统。然后，进一步围绕内存安全的核心，阐述借用检查和生命周期参数的意义。通过这一章的学习，读者将会对Rust 的所有权系统有全面深入的了解。 第6 章 函数、闭包和迭代器。在对Rust 的类型系统和内存安全机制有了一定了解之后，我们将开始深入学习Rust 编程最常用的语法结构。函数是Rust 中最常用的语法单元。Rust的函数承载了诸多函数式编程范式的特性，比如高阶函数、参数模式匹配等，同时也承载了面向对象范式的特性，比如为结构体及其实例实现方法，实际上就是一个函数调用的语法糖。 然后将介绍闭包的用法和特性，帮助读者对闭包建立全面深入的认知，更重要的是，通过学习闭包的实现原理，进一步了解Rust 中零成本抽象的哲学思想。最后介绍迭代器模式，以及Rust 中的迭代器实现机制。迭代器也是Rust 最常用的特性，通过这一章的学习，你将彻底了解迭代器。 第7 章 结构化编程。这一章将对Rust 混合范式编程进行探讨，会重点介绍Rust 中的结构体和枚举体，以及它们如何在日常编程中以面向对象风格编程。同时，还将介绍三种设计模式，前两种是Rust 标准库以及第三方库常用的设计模式，最后是一种合理利用Rust 资源管理哲学的设计模式。通过学习这一章的内容，有利于掌握地道的Rust 编程风格。 第8 章 字符串与集合类型。字符串是每门编程语言最基本的数据类型，Rust 自然也不例外。出于内存安全的考虑，Rust 中的字符串被分为了多种，并且语言自身没有自带正则表达式引擎。这一章将从字符编码开始，围绕内存安全，对Rust 中的字符和字符串做彻底梳理，并且阐述如何在没有正则表达式引擎的情况下，满足字符串进行匹配搜索等的需求。集合类型也是编程中必不可少的数据结构。这一章将着重介绍动态数组Vector 和Key-Value 映射集HashMap 的使用，而且还会深入挖掘HashMap 底层的实现原理，介绍Rust 标准库提供的HashMap 安全性，进一步探讨如何用Rust 实现一个生产级的数据结构。最后将通过探讨一个Rust 安全漏洞的成因，来帮助读者正确理解容量的概念，从而写出更安全的代码。 第9 章 构建健壮的程序。对于如何构建健壮的系统，Rust 给出了非常工程化的解决方案。Rust 将系统中的异常分为了多个层次，分别给出了对应的处理手段。在这一章，读者将学习Rust 是如何以分层的错误处理解决方案来帮助开发者构建健壮系统的。 第10 章 模块化编程。现代编程语言的一大特色就是可以方便地进行模块化，这样有利于系统的设计、维护和协作。Rust 在模块化编程方面做得很好。这一章首先将介绍Rust 强大的包管理系统Cargo。然后会以真实的代码实例阐述Rust 的模块系统，并且将包含Rust 2018版本中模块系统的重大改进。最后将以一个完整的项目为例阐述如何使用Rust 开发自己的crate。 第11 章 安全并发。Rust 从两方面支持并发编程。首先，利用类型安全和内存安全的基础，解决了多线程并发安全中的痛点：数据竞争。Rust 可以在编译时发现多线程并发代码中的安全问题。其次，Rust 为了达成高性能服务器开发的目标，开始全面拥抱异步开发。这一章将从线程安全的通用概念开始，从Rust 多线程并发讲到异步并发支持，带领读者逐步形成全面、深入、通透的理解。 第12 章 元编程。元编程即程序生成程序的能力。Rust 为开发者提供了多种元编程能力。这一章将从反射开始介绍Rust 中的元编程。虽然Rust 的反射功能没有动态语言的那么强大，但是Rust 提供了强大的宏系统。这一章将从Rust 的编译过程出发，带领读者深入理解Rust的宏系统的工作机制，并且以具体的实例帮助读者理解编写宏的技巧。从声明宏到过程宏，再到编译器插件，以及第三方库syn 和quote 最新版的配合使用，都将在本章进行阐述。 第13 章 超越安全的边界。前面的章节内容基本都是建立在Safe Rust 的基础上的。而这一章将主要围绕Unsafe Rust 的内容来构建，主要分为4 大部分。首先将介绍Unsafe Rust 的基本语法和特性。然后，围绕基于Unsafe 进行安全抽象的核心，阐述Unsafe Rust 开发过程中可能引起未定义行为的地方，以及相应的解决方案。然后介绍FFI，通过具体的实例来阐述Rust 如何和其他语言交互，涉及C、C++、Ruby、Python、Node.js 等语言，还将介绍相关的第三方库。最后，将介绍未来互联网的核心技术WebAssembly，以及Rust 如何开发WebAssembly 和相关的工具链。 相信通过这13 章的内容，读者将会对Rust 有全面、深入和系统的认识。 勘误及更多资源 有人的地方就有Bug，此书当然也不例外。写书不仅是正确地传播知识和思想的途径，更是一种交流和沟通的方式。如果你发现本书中的任何错误、遗漏和解释不清楚的地方，欢迎提出反馈。 勘误说明：  直接提交issues。  标明具体的页码、行数和错误信息。  积极提出勘误者将获得合金Rust 勋章一枚。 更多的学习资源：  官方doc.rust-lang.org 列出了很多学习文档和资源。  订阅Rust 每日新闻1，了解Rust 社区生态发展，学习Rust。 致谢 首先，我要感谢Rust 社区中每一位帮助过我的朋友，没有你们的奉献，就没有这本书。 感谢Mike 组织社区编写的免费书籍Rust Primer。感谢Rust 社区中不知名的翻译者翻译官方的Rust Book。感谢知乎《Rust 编程》专栏作者辛苦的写作。感谢KiChjang、ELTON、CrLF0710、F001、Lingo、tennix、iovxw、wayslog、Xidorn、42、黑腹喵等其他社区里的朋友们，你们在我学习的过程中给予了我无私的帮助和解答，Rust 社区有你们真好。感谢知道我写作并一直鼓励和支持我的朋友们。衷心希望Rust 社区可以一直这么强大、温柔和友好。 然后，我要感谢电子工业出版社的刘恩惠编辑。感谢你给了我这个机会，让这本书从想法成为了现实。 最后，感谢我的妻子宋欣欣，因为她的温柔、大度、包容、信任和支持，才让我能够踏实且满含信心地做我自己想做的事。感谢我的父母，正是他们的培养，才使我具有积极、坚持不懈做事情的品格。