Rust 环境准备与初始

前言

Rust 是一门非常有意思的语言，初学时觉得它别扭无比，熟练之后又想用它重构一切。

相比于 C/C++，Rust 同样适合底层开发。它不能简单地替代 C/C++，但在网络服务、命令行工具、嵌入式和高性能应用等场景中，确实是一个很值得考虑的选择。

当然，越是涉及底层，需要控制的细节就越多。Rust 虽然有安全可靠的内存模型和便利的包管理，但学习曲线依然不算平缓。

目前来看，Rust 的生态已经比较成熟，但不同方向的发展程度仍然不一样。

比如 GUI 方向目前还没有一个由官方主导、能够覆盖所有场景的统一框架，因此选型时需要多花一些时间。

但这并非无法解决。Rust 可以通过 FFI 调用 C 语言库，相关内容可以参考后文：Rust 与 C/C++ 互操作实战指南。

这意味着许多 C 库都可以通过绑定在 Rust 中使用；而C++ 库则通常需要额外的封装，不能简单理解为“拿来就能调用”。

例如可以使用 Rust 绑定的 FLTK、GTK，也可以了解 egui、iced、Tauri 等 Rust 生态中的方案。

如果你熟悉 Web 前端，也可以了解 Tauri：Tauri。

Rust 带来的代码安全和工程便利确实很有吸引力，但它和 C/C++ 仍会长期共存，具体选择要看项目的历史包袱、平台支持和团队经验。Windows、Linux、macOS 以及大量基础设施都积累了庞大的 C/C++ 代码，短时间内不可能全部替换。

同时需要注意：有 C/C++ 经验会更容易理解指针、栈和堆，但学习 Rust 并不要求必须先学过 C/C++。

对于刚刚入门编程的同学，先掌握变量、函数和命令行等基本概念，再学习 Rust 会更顺利：初识 C++。

Rust 简介

Rust 由 Graydon Hoare 在 2006 年开始作为个人项目开发，Mozilla 从 2009 年开始参与赞助。

第一个有版本号的 Rust 编译器于 2012 年 1 月发布。Rust 1.0 作为第一个稳定版本于 2015 年 5 月 15 日发布。

Rust 1.0 在 2015 年发布，到现在已经有了比较成熟的工具链和生态。网络服务、命令行工具和 WebAssembly 等方向发展得比较快，GUI 和部分嵌入式场景则仍然需要自己做好技术选型。

简单了解 Rust 的发展情况后，再来看看它为什么受到关注。相比于 C/C++，Rust 能为开发人员带来不少便利：

• 内存安全：

在 safe Rust 中，编译器会检查所有权、借用和生命周期，能够在编译阶段阻止空指针、悬垂指针和数据竞争问题。

rust也允许你写unsafe的代码，以维持对数据的完全掌控，但这也意味着各类C/C++中的问题也会随之出现、因此除非必要、一般不建议在rust中写unsafe代码。

相比之下，C/C++ 中的指针和内存问题通常需要开发者自己维护，尤其是在大型项目中，很容易因此产生各种 Bug。

• 高效性能：

Rust 具有与 C 和 C++ 相当的性能，同时提供了闭包和模式匹配等现代语言特性。这使得 Rust 很适合编写高性能、低延迟的系统级应用程序和库。

• 并发性：

Rust 的所有权系统和借用规则，可以在编译阶段发现一部分线程安全问题。它不会自动替你设计并发程序，但能让错误更早暴露出来。

• 社区支持：

Rust拥有活跃的社区，在crates上提供了许多开源库、工具和框架，可以大幅度提升开发效率。

C/C++ 同样拥有庞大的社区和成熟生态，只是不同库之间的构建方式和包管理方式不够统一。

• 统一包管理

C/C++ 中，使用第三方库时经常需要自己处理下载、安装和配置。

Rust 通过 Cargo 统一处理项目构建、依赖解析、测试和文档生成。它不能解决所有问题，某些库仍然需要系统组件或 C 编译器，但日常使用确实方便很多。

虽然目前也有 vcpkg 等不错的 C/C++ 包管理工具，但不同项目的使用方式仍然不完全统一。了解这个区别后，接下来直接动手创建一个项目，感受一下 Cargo 的工作方式。

安装 Rust 工具链

与 C/C++ 一样，Rust 也是一门编译型语言。Rust 源代码通常需要先编译成二进制程序，然后才能运行。Windows 系统中常见的 .exe 就是一种可执行程序，Linux 和 macOS 下的文件名和扩展名则不一定相同。

建议直接从 Rust 官网进入安装页面：Rust

Rust 官方推荐使用 rustup 管理工具链，而不是只安装一个固定版本的编译器：

Windows 用户可以下载 rustup-init.exe；如果使用 Linux 或 macOS，则按照官网提供的命令安装即可：

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

如果使用 Windows，下载后运行安装程序，等待安装完成即可。如果没有安装 Visual Studio，还需要安装 Microsoft C++ Build Tools 和 Windows SDK。

安装完成后，重新打开终端，运行下面几个命令：

rustc --version
cargo --version
rustup show

能正常打印版本信息，就说明工具链已经安装成功了。如果不知道如何打开或进入控制台，可以参考文章：程序员必懂的常识

第一次使用可能会觉得有些疑惑：明明安装的是 Rust，这里怎么一直在使用 Cargo 命令呢？

简单来说，Rust 工具链中有几个经常遇到的命令：

• rustc 是 Rust 编译器；
• rustup 用来安装和管理 Rust 工具链；
• cargo 是构建工具和包管理器。

后面开发 Rust 项目时，使用最多的基本就是 Cargo。

第一个 Rust 程序

我们可以通过命令 cargo new project-name 来创建一个 Rust 项目。

比如运行 cargo new hello-world：

然后它就会为我们在当前目录中生成一个项目文件夹：

这里简单对其介绍一下：

• .git：如果本机安装了 Git，Cargo 默认可能会初始化这个版本库，也可以通过 --vcs none 禁用。
• src：默认的源代码目录，二进制项目的入口通常是 src/main.rs。
• .gitignore：告诉 Git 哪些文件不需要提交，通常会忽略 target 目录。
• Cargo.toml：项目清单，里面记录项目名称、版本、edition 和依赖等信息。
• target：编译产物目录，通常不提交到 Git。

这里的 Git 并不是 Rust 的一部分，而是一个通用的版本控制工具。比如知名的 GitHub 网站，就使用 Git 进行版本管理。不会使用 Git 的可以参考：Git 详解。

用记事本打开 Cargo.toml，就能看到下面这样的内容：

对于想要使用的库，可以直接写在 [dependencies] 项下面，后面我会再详细介绍。

至于 TOML 配置文件的格式，可以参考文章：TOML 格式详解。

然后来到存放 Rust 代码的 src 目录：

这里面默认有一个 main.rs 文件，其中后缀 .rs 是 Rust 源文件的后缀。对于二进制项目，它通常是程序的入口文件。

刚开始学习时先不要随意移动它。实际上，Cargo 也支持通过配置文件指定其他入口；库项目则通常使用 src/lib.rs。

同样，我们可以用记事本打开它：

这里写的是一个函数：

• fn：Rust 中的关键字，代表后面定义的是一个函数。
• main：函数名称。对于二进制程序，main 是默认的入口函数。
• ()：函数的参数列表，最简单的函数可以写成 fn name() {}。
• {}：函数体，也就是这个函数要执行的代码。这里使用 println!("Hello, world!"); 向终端打印一行文字。

println! 是 Rust 中的宏，用于向终端输出一行文字。

如果你学过 C/C++、Python、Java 等语言，前期可以直接把它当作一个 print 函数，只是要注意名称后面先有一个 !，然后才是 ()。

这里同时要注意，很多语句的结尾使用英文分号 ;。但 Rust 的代码块最后可以放一个表达式并省略分号，所以不能简单理解为“每一行都必须有分号”。

你也可以直接在下方编辑并运行这段代码，感受一下效果：

现在回到控制台，进入这个文件夹，然后运行这段代码试一试：

cargo run

然后就可以看到它成功运行并打印出 Hello, world!。

如果你学过 C/C++，会发现到目前为止，Rust 比 C/C++ 稍微复杂一点。毕竟 C/C++ 只需要一个源代码文件就能输出 Hello World，而 Rust 一开始就给我们生成了一个项目结构。

不过，项目结构正是 Cargo 方便的地方：代码、依赖和编译产物都有固定的位置，后面项目变大时会更容易管理。编译产物通常位于 target/debug 目录，Windows 下文件名一般以 .exe 结尾，Linux 和 macOS 下则不一定有扩展名：

如果直接双击这个程序，窗口可能会一闪而过。这不是程序没有运行，而是因为它打印完字符串后就立即结束了；在终端中运行则可以直接看到输出。

除了 cargo run，Cargo 还提供了几个常用命令。如果只想检查代码，可以使用：

cargo check

如果只想生成编译产物，则使用：

cargo build

它默认构建 Debug 版本，适合开发和调试。

发布程序时可以构建 Release 版本：

cargo build --release

它会使用更强的优化配置，运行速度和最终体积通常更适合发布，但具体结果还会受到链接方式和项目配置影响。

编辑器与开发工具

从上面我们可以看到，即使只用记事本也能开发，但那实在是太麻烦了。我们需要一个有代码提示、跳转和错误诊断的编辑器来提高效率。

个人推荐 VS Code，当然也可以根据自己的习惯选择其他编辑器。

可以从官网下载安装：VS Code

根据自己的系统选择合适的版本下载安装。

在控制台中进入项目文件夹，然后输入：code .

这个 code 命令是 VS Code 提供的命令，用于让 VS Code 打开一个文件夹。

后面紧跟的 . 代表当前目录，也就是用 VS Code 打开当前项目目录。目录相关介绍可以参考文章：路径详解

然后你就能看到这个 Rust 项目在 VS Code 中被打开了：

但 VS Code 只是一个编辑器，所以还需要安装 Rust 插件来提供代码分析功能。

点击左边的插件选项，搜索并安装 rust-analyzer ：

安装完成后，基本开发环境就配置好了。现在输入前几个字符时，就会自动弹出代码提示：

这时，你只需要按 Enter 键就可以自动帮你填充代码。

插件还会在 main 函数上方显示运行按钮。不过初学时建议同时熟悉 cargo run，这样换到其他编辑器也不会忘记基本操作。

如果需要断点调试，还需要编辑器和调试器配合，具体配置会因操作系统不同而有所区别：

不会调试的可以参考文章：调试。

初识 Cargo 包管理

熟悉项目的创建和运行之后，再来试一下 Rust 官方示例中的 ferris-says，看看 Cargo 添加第三方库有多方便。

比如，我们想要在终端打印出下面这个图案：

这里用到了 ferris-says 这个库。可以直接在终端运行：

cargo add ferris-says

也可以打开前面提到的 Cargo.toml，在 [dependencies] 项下面手动添加：

后面的数字是这个库的版本要求。添加完成后运行 cargo check 或 cargo run，Cargo 就会解析并下载依赖。

运行命令后，项目文件夹中还会多出一个 Cargo.lock 文件。

这个文件用于记录当前项目解析得到的精确依赖版本，由 Cargo 自动维护。应用项目一般应该把它提交到版本库。

现在回到代码中使用这个库。下面这个可运行示例已经包含了 Cargo.toml 依赖配置和 src/main.rs——顶部可以切换文件，修改后点击运行即可：

第一次看到这段代码，你可能会感觉怎么有点复杂啊？

因为这一小段代码涉及到了 Rust 中相当多的概念，所以这里暂时不展开讲解。你可以先随意更改上面示例里的字符串："Hello https://www.kucoding.com"

然后运行，就能在输出区看到图案了。

Cargo 下载的 crate 通常会缓存在当前用户的 ~/.cargo/registry 目录中，Git 依赖则会放在 ~/.cargo/git。当前项目的编译产物位于项目自己的 target 目录。

这些目录由 Cargo 管理，不建议手动修改里面的内容。

总结

这是该系列教程的第一章，主要介绍了 Rust 的特点、安装、项目结构、编辑器配置和代码运行。

主要有以下几个命令需要稍微记忆一下：

• cargo new：新建一个 Rust 项目
• cargo check：快速检查代码
• cargo run：编译并运行代码
• cargo build：构建 Debug 版本
• cargo build --release：构建 Release 版本
• cargo fmt：格式化代码
• cargo clippy：检查常见问题并给出建议
• cargo test：运行测试

如果需要更新 Rust 工具链，运行下面的命令即可：

rustup update