Programowanie w języku Rust. Oficjalny podręcznik. Wydanie II Mińsk Mazowiecki

Rust świetnie się sprawdza na poziomie systemowym, czyli z niskopoziomowymi szczegółami zarządzania pamięcią, reprezentacji danych i współbieżności. Jest zaprojektowany tak, aby naturalnie pisać niezawodny i wydajny kod. Język ten jest również wystarczająco ekspresyjny i ergonomiczny, aby umożliwiać tworzenie aplikacji CLI czy serwerów WWW. Łatwo dostrzec, że praca z Rustem pozwala budować umiejętności, które przydają się w wielu dziedzinach programowania. Ta książka jest oficjalnym przewodnikiem po języku programowania systemów Rust, udostępnianym na licencji open source. Dzięki niej nauczysz się pisać szybsze i bardziej niezawodne oprogramowanie. Dowiesz się również, jak zapewnić sobie kontrolę nad niskopoziomowymi szczegółami wraz z wysokopoziomową ergonomią, co pozwoli Ci na zwiększenie produktywności i uniknięcie trudności związanych z językami niskiego poziomu. Oprócz przystępnie przekazanej wiedzy i niezliczonych przykładów kodu w książce znalazły się trzy rozdziały poświęcone budowaniu kompletnych projektów: gry w zgadywanie liczb, rustowej implementacji narzędzia wiersza poleceń i serwera wielowątkowego. W książce między innymi: tworzenie funkcji, wybieranie typów danych i wiązanie zmiennych własność i pożyczanie, czasy życia, typy sparametryzowane przekazywanie kompilatorowi ograniczeń programu bezstresowe stosowanie współbieżności Cargo - wbudowany menedżer pakietów Rusta testowanie, obsługa błędów, refaktoryzacja i ekspresyjne dopasowywanie wzorców Rust: język przyszłości programowania! Spis treści: Przedmowa Wstęp Podziękowania Wprowadzenie 1. Pierwsze kroki Instalacja Instalowanie narzędzia rustup w systemie Linux lub macOS Instalowanie narzędzia rustup w systemie Windows Rozwiązywanie problemów Aktualizowanie i odinstalowywanie Lokalna dokumentacja Witaj, świecie! Tworzenie katalogu projektu Pisanie i uruchamianie programu Rusta Anatomia programu Rusta Kompilowanie i uruchamianie to oddzielne kroki Witaj, Cargo! Tworzenie projektu za pomocą Cargo Kompilowanie i uruchamianie projektu Cargo Kompilowanie w celu wydania projektu Cargo jako konwencja Podsumowanie 2. Programowanie gry w zgadywanie Konfigurowanie nowego projektu Przetwarzanie zgadywania Przechowywanie wartości za pomocą zmiennych Odbieranie danych wprowadzanych przez użytkownika Obsługa ewentualnego niepowodzenia za pomocą typu Result Wypisywanie wartości za pomocą symboli zastępczych println! Testowanie pierwszej części Generowanie sekretnej liczby Korzystanie ze skrzynki w celu uzyskania większej funkcjonalności Generowanie liczby losowej Porównywanie próby odgadnięcia z sekretną liczbą Umożliwianie wielokrotnego zgadywania dzięki zastosowaniu pętli Zakończenie gry po odgadnięciu prawidłowej liczby Obsługa nieprawidłowych danych wejściowych Podsumowanie 3. Powszechne koncepcje programowania Zmienne i mutowalność Stałe Przysłanianie Typy danych Typy skalarne Typy złożone Funkcje Parametry Instrukcje i wyrażenia Funkcje z wartościami zwracanymi Komentarze Przepływ sterowania Wyrażenia if Powtarzanie za pomocą pętli Podsumowanie 4. Własność Czym jest własność? Reguły własności Zakres zmiennych Typ String Pamięć i alokacja Własność i funkcje Wartości zwracane i zakres Referencje i pożyczanie Referencje mutowalne Referencje wiszące Reguły referencji Typ wycinka Wycinki łańcucha znaków Inne wycinki Podsumowanie 5. Wykorzystanie struktur do organizowania powiązanych ze sobą danych Definiowanie struktur i tworzenie ich instancji Użycie skrótu inicjowania pól Tworzenie instancji z innych instancji za pomocą składni aktualizacji struktury Tworzenie różnych typów za pomocą struktur krotkowych bez nazwanych pól Struktury jednostkowe bez żadnych pól Przykładowy program wykorzystujący struktury Refaktoryzacja z wykorzystaniem krotek Refaktoryzacja z wykorzystaniem struktur: dodanie znaczenia Dodanie użytecznej funkcjonalności za pomocą cech pochodnych Składnia metod Definiowanie metod Metody z większą liczbą parametrów Funkcje powiązane Wiele bloków impl Podsumowanie 6. Typy wyliczeniowe i dopasowywanie wzorców Definiowanie typu wyliczeniowego Wartości wyliczenia Enumeracja Option i jej zalety w porównaniu z wartościami zerowymi Konstrukcja match przepływu sterowania Wzorce, które powodują powiązanie z wartościami Dopasowywania za pomocą Option Dopasowywania są wyczerpujące Wzorce catch-all i symbol zastępczy _ Zwięzły przepływ sterowania z wykorzystaniem składni if let Podsumowanie 7. Zarządzanie rozwijającymi się projektami za pomocą pakietów, skrzynek i modułów Pakiety i skrzynki Definiowanie modułów w celu kontrolowania zakresu i prywatności Ścieżki odwoływania się do elementów w drzewie modułów Udostępnianie ścieżek za pomocą słowa kluczowego pub Rozpoczynanie ścieżek względnych od słowa kluczowego super Upublicznianie struktur i wyliczeń Wprowadzanie ścieżek do zakresu za pomocą słowa kluczowego use Tworzenie idiomatycznych ścieżek use Wprowadzanie nowych nazw za pomocą słowa kluczowego as Ponowne eksportowanie nazw za pomocą pub use Korzystanie z pakietów zewnętrznych Skracanie długich list instrukcji use za pomocą zagnieżdżonych ścieżek Operator glob Rozdzielanie modułów na różne pliki Podsumowanie 8. Powszechnie używane kolekcje Przechowywanie list wartości za pomocą wektorów Tworzenie nowego wektora Aktualizowanie wektora Odczytywanie elementów wektorów Iterowanie przez wartości w wektorze Przechowywanie wielu typów za pomocą wyliczenia Porzucenie wektora powoduje porzucenie jego elementów Wykorzystywanie typu String do przechowywania tekstu zakodowanego w UTF-8 Czym jest String? Tworzenie nowej instancji String Aktualizowanie instancji String Indeksowanie wartości String Tworzenie wycinków wartości String Metody iterowania przez wartości String Typy String nie są takie proste Przechowywanie kluczy z powiązanymi wartościami w mapach mieszających Tworzenie nowej instancji HashMap Uzyskiwanie dostępu do wartości z mapy mieszającej Mapy mieszające i własność Aktualizowanie instancji HashMap Funkcje mieszające Podsumowanie 9. Obsługa błędów Obsługa błędów nieodwracalnych za pomocą wywołania panic! Obsługa błędów odwracalnych z wykorzystaniem typu Result Dopasowywanie na podstawie różnych błędów Propagacja błędów Panikować czy nie panikować? Przykłady, kod prototypów i testy Przypadki, w których mamy więcej informacji niż kompilator Wskazówki dotyczące obsługi błędów Tworzenie typów niestandardowych do celów walidacji Podsumowanie 10. Typy sparametryzowane, cechy i czasy życia Redukowanie duplikacji przez wyodrębnianie funkcji Sparametryzowane typy danych Typy sparametryzowane w definicjach funkcji Typy sparametryzowane w definicjach struktur Typy sparametryzowane w definicjach wyliczeń Typy sparametryzowane w definicjach metod Wydajność kodu wykorzystującego typy sparametryzowane Cechy - definiowanie współdzielonego zachowania Definiowanie cechy Implementowanie cechy w typie Implementacje domyślne Cechy jako parametry Zwracanie typów, które implementują cechy Używanie wiązań cech do warunkowego implementowania metod Walidacja referencji za pomocą czasów życia Używanie czasów życia do zapobiegania powstawaniu wiszących referencji Kontrola pożyczania Sparametryzowane czasy życia w funkcjach Składnia adnotacji czasów życia Adnotacje czasów życia w sygnaturach funkcji Myślenie w kategoriach czasów życia Adnotacje czasów życia w definicjach struktur Elizja czasów życia Adnotacje czasów życia w definicjach metod Statyczny czas życia Parametry typów sparametryzowanych, wiązania cech i czasy życia razem wzięte Podsumowanie 11. Pisanie zautomatyzowanych testów Jak pisać testy? Anatomia funkcji testowej Sprawdzenie wyników za pomocą makra assert! Testowanie równości za pomocą makr assert_eq! i assert_ne! Dodawanie niestandardowych komunikatów o błędach Sprawdzanie paniki za pomocą atrybutu should_panic Wykorzystanie w testach typu Result<t,> Kontrolowanie sposobu uruchamiania testów Uruchamianie testów równolegle lub po kolei Wyświetlanie danych wyjściowych funkcji Uruchamianie podzbioru testów według nazwy Ignorowanie niektórych testów i uruchamianie ich na specjalne żądanie Organizowanie testów Testy jednostkowe Testy integracyjne Podsumowanie 12. Projekt z wykorzystaniem operacji we-wy - budowanie programu wiersza poleceń Przyjmowanie argumentów wiersza poleceń Odczytywanie wartości argumentów Zapisywanie wartości argumentów w zmiennych Odczyt pliku Refaktoryzacja w celu poprawy modułowości i obsługi błędów Separacja zagadnień projektów binarnych Naprawianie obsługi błędów Wyodrębnianie logiki z funkcji main Wydzielanie kodu do skrzynki biblioteki Rozwijanie funkcjonalności biblioteki za pomocą programowania opartego na testach Pisanie testu kończącego się niepowodzeniem Pisanie kodu w celu zapewnienia pozytywnego wyniku testu Praca ze zmiennymi środowiskowymi Pisanie niepomyślnego testu dla funkcji search nieuwzględniającej wielkości liter Implementacja funkcji search_case_insensitive Wypisywanie komunikatów o błędach do standardowego strumienia błędów, a nie do standardowego strumienia wyjściowego Sprawdzanie, gdzie są zapisywane błędy Wypisywanie błędów do standardowego strumienia błędów Podsumowanie 13. Cechy języka funkcyjnego - iteratory i domknięcia Domknięcia - funkcje anonimowe, które przechwytują swoje środowisko Przechwytywanie środowiska za pomocą domknięć Inferowanie i adnotowanie typu domknięcia Przechwytywanie referencji lub przenoszenie własności Przenoszenie przechwyconych wartości z domknięć i cechy Fn Przetwarzanie serii elementów za pomocą iteratorów Cecha Iterator i metoda next Metody, które konsumują iterator Metody, które wytwarzają inne iteratory Używanie domknięć, które przechwytują swoje środowisko Ulepszenie projektu operacji we-wy Usuwanie clone przy użyciu iteratora Zwiększanie czytelności kodu dzięki adapterom iteratora Wybór pomiędzy pętlami i iteratorami Porównanie wydajności pętli i iteratorów Podsumowanie 14. Narzędzie Cargo i rejestr crates.io Dostosowywanie kompilacji za pomocą profili wydania Publikowanie skrzynki w rejestrze Crates.io Tworzenie przydatnych komentarzy dokumentujących Eksportowanie wygodnego publicznego API za pomocą pub use Zakładanie konta w rejestrze Crates.io Dodawanie metadanych do nowej skrzynki Publikowanie w rejestrze Crates.io Publikowanie nowej wersji istniejącej skrzynki Dezaktualizowanie wersji z Crates.io za pomocą polecenia cargo yank Obszary robocze Cargo Tworzenie obszaru roboczego Tworzenie drugiego pakietu w obszarze roboczym Instalowanie plików binarnych za pomocą polecenia cargo install Rozszerzanie Cargo przy użyciu niestandardowych poleceń Podsumowanie 15. Inteligentne wskaźniki Używanie Box do wskazywania danych na stercie Używanie Box do przechowywania danych na stercie Zastosowanie boksów do używania typów rekurencyjnych Wykorzystanie cechy Deref do traktowania inteligentnych wskaźników jak regularnych referencji Podążanie za wskaźnikiem do wartości Używanie Box jak referencji Definiowanie własnego inteligentnego wskaźnika Implementacja cechy Deref Domyślne wymuszenie wyłuskania w funkcjach i metodach Jak wymuszenie wyłuskania współdziała z mutowalnością? Wykorzystanie cechy Drop do uruchamiania określonego kodu przy czyszczeniu Rc - inteligentny wskaźnik zliczania referencji Używanie Rc do udostępniania danych Klonowanie Rc zwiększa liczbę referencji RefCell i wzorzec mutowalności wewnętrznej Egzekwowanie reguł pożyczania w czasie wykonywania za pomocą RefCell Mutowalność wewnętrzna - mutowalne pożyczanie niemutowalnej wartości Wykorzystanie typów Rc i RefCell, aby mutowalne dane mogły mieć wielu właścicieli Cykle referencji mogą powodować wycieki pamięci Tworzenie cyklu referencji Zapobieganie cyklom referencji za pomocą typu Weak Podsumowanie 16. Nieustraszona współbieżność Używanie wątków do jednoczesnego uruchomienia kodu Tworzenie nowego wątku za pomocą funkcji spawn Wykorzystanie uchwytów metody join w celu zaczekania na zakończenie wszystkich wątków Używanie domknięć move z wątkami Używanie przekazywania komunikatów do przesyłania danych między wątkami Kanały i przeniesienie własności Wysyłanie wielu wartości i obserwowanie czekającego odbiornika Tworzenie wielu producentów przez klonowanie nadajnika Współbieżność stanu współdzielonego Używanie muteksów w celu umożliwienia dostępu do danych z jednego wątku na raz Podobieństwa między typami RefCell i Rc a Mutex i Arc Rozszerzanie funkcjonalności współbieżności za pomocą cech Send i Sync Umożliwienie przenoszenia własności między wątkami za pomocą cechy Send Umożliwianie dostępu z wielu wątków za pomocą cechy Sync Ręczne implementowanie cech Send i Sync jest niezabezpieczone Podsumowanie 17. Funkcjonalności programowania obiektowego Cechy języków obiektowych Obiekty zawierają dane i zachowania Hermetyzacja, która ukrywa szczegóły implementacji Dziedziczenie jako system typów i współdzielenie kodu Używanie obiektów cech, które umożliwiają stosowanie wartości różnych typów Definiowanie cech typowego zachowania Implementowanie cechy Obiekty cech wykonują dynamiczną dyspozycję Implementacja obiektowego wzorca projektowego Definiowanie struktury Post i tworzenie nowej instancji w stanie Draft Przechowywanie tekstu treści wpisu Upewnianie się, że treść wersji roboczej wpisu jest pusta Żądanie korekty zmienia stan wpisu Dodanie metody approve w celu zmiany zachowania metody content Kompromisy wzorca stanu Podsumowanie 18. Wzorce i dopasowywanie Wszystkie miejsca, w których można używać wzorców Ramiona wyrażenia match Wyrażenia warunkowe if let Pętle warunkowe while let Pętle for Instrukcje let Parametry funkcji Odrzucalność - czy dopasowywanie wzorca może się nie powieść? Składnia wzorców Dopasowywanie literałów Dopasowywanie zmiennych nazwanych Wiele wzorców Dopasowywanie przedziałów wartości za pomocą ..= Destrukturyzacja w celu rozkładania wartości na poszczególne elementy Ignorowanie wartości we wzorcu Dodatkowe wyrażenia warunkowe ze strażnikami dopasowywania Wiązanie za pomocą operatora @ Podsumowanie 19. Funkcjonalności zaawansowane Niezabezpieczony Rust Niezabezpieczone supermoce Wyłuskiwanie surowego wskaźnika Wywoływanie niezabezpieczonej funkcji lub metody Uzyskiwanie dostępu do mutowalnej zmiennej statycznej lub modyfikowanie jej Implementowanie niezabezpieczonej cechy Uzyskiwanie dostępu do pól typu unii Kiedy korzystać z niezabezpieczonego kodu? Cechy zaawansowane Typy powiązane Domyślne parametry typu sparametryzowanego i przeciążanie operatora Rozróżnianie metod o tej samej nazwie Korzystanie z supercech Używanie wzorca newtype do implementowania cech zewnętrznych Typy zaawansowane Używanie wzorca newtype dla zapewnienia bezpieczeństwa typów i warstwy abstrakcji Tworzenie synonimów typów za pomocą aliasów typów Typ never, który nigdy nie zwraca wartości Typy o dynamicznie ustalanych rozmiarach i cecha Sized Zaawansowane funkcje i domknięcia Wskaźniki funkcji Zwracanie domknięć Makra Różnica między makrami i funkcjami Makra deklaratywne z konstrukcją macro_rules! dla metaprogramowania ogólnego Makra proceduralne do generowania kodu z atrybutów Jak napisać niestandardowe makro derive? Makra atrybutowe Makra funkcyjne Podsumowanie 20. Projekt końcowy - budowa wielowątkowego serwera WWW Tworzenie jednowątkowego serwera WWW Nasłuchiwanie połączenia TCP Odczytywanie żądania Analiza żądania HTTP Pisanie odpowiedzi Zwracanie prawdziwego HTML-a Walidacja żądania i selektywne odpowiadanie Odrobina refaktoryzacji Przekształcenie serwera jednowątkowego w wielowątkowy Symulowanie powolnego żądania Zwiększenie przepustowości przy użyciu puli wątków Eleganckie zamykanie i czyszczenie Implementacja cechy Drop w typie ThreadPool Sygnalizowanie wątkom, aby przestały nasłuchiwać zadań Podsumowanie A. Słowa kluczowe Obecnie używane słowa kluczowe Słowa kluczowe zarezerwowane do wykorzystania w przyszłości Surowe identyfikatory B. Operatory i symbole Operatory Symbole niezwiązane z operatorami C. Cechy pochodne (zapożyczone) Cecha Debug do uzyskiwania programistycznych danych wyjściowych Cechy PartialEq i Eq do porównania równości Cechy PartialOrd i Ord do porównywania kolejności Cechy Clone i Copy do duplikowania wartości Cecha Hash do mapowania wartości na wartość o stałym rozmiarze Cecha Default dla wartości domyślnych D. Przydatne narzędzia programistyczne Automatyczne formatowanie za pomocą narzędzia rustfmt Naprawianie kodu za pomocą narzędzia rustfix Lintery narzędzia Clippy Integracja z IDE przy użyciu narzędzia rust-analyzer E. Edycje