簡介

數十年來，系統編程的世界一直由C++主導著。它因其高性能和靈活性而受到稱贊。但是，近年來，出現了一個新的挑戰者: Rust。這個由Mozilla開發的Rust因其安全性和性能而吹捧，在開發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，重點介紹其性能，安全性和生態系統。

性能

系統編程最關鍵的方面之一是性能。 Rust和C++都在該領域發光，但它們以不同的方式實現高性能的特性。

C++一直是用于高性能計算的首選語言。它允許對系統資源（包括內存、硬件）進行細粒度的控制。但是，如果無法正確管理，這種控制的后果是可能的錯誤操作和未定義的行為，因此有一定的潛在風險。

而Rust提供了與C++相當的高性能和運行效率。最顯著的區別在于，Rust試圖在編譯時確保安全，從而在不犧牲速度的情況下減少了潛在的運行時錯誤。在如下簡單的階乘運算的代碼片段中：

• 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現，測試中兩種方式的性能幾乎相近。

安全

安全是Rust設計的核心之一。 Rust的借用檢查器在編譯時執行保證記憶安全，從而防止了整個運行時錯誤。這包括NULL指針刪除，數據競賽和緩沖區溢出，這是系統編程中常見的問題, 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代碼在編譯時立即檢查是否符合規范，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制來解決安全性。例如，std ::數組和std :: vector加上智能指針和raii（資源獲取時初始化）有助于管理內存和資源壽命。現代C++標準通過這些機制大大減輕了錯誤的可能性，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，而不會有任何錯誤或警告提示。在實際中，該代碼可能因為容器的重新分配導致內部索引重新被修改，如測試顯示，如果使用C++則無法提前檢測該風險。

因此盡管上面的C++代碼在語法上是正確的，并且可能會按預期工作，但它缺乏與Rust提供的相同的嚴格編譯保證。在C++中，開發人員依靠良好的經驗和正確使用該語言功能來避免錯誤。編譯器將不會提示容器的push操作，即使它可能導致重新分配的緩沖區和懸空原指針。

總而言之，盡管現代C++具有幫助確保記憶安全的機制，但Rust的方法根本不同。 Rust嚴格的編譯時間安全檢查旨在默認情況下執行記憶安全，從而減少了對開發人員個人經驗的依賴。對于安全性至關重要的項目，例如并發，并行或嵌入式系統編程、金融交易系統，這一點尤其有吸引力。

生態

C++擁有一個龐大又豐富的生態系統，其中包含許多庫，框架，豐富的教程和書籍、工具和大型開發人員社區。但是，高齡的語言意味著有許多過時的設計和零散的編碼方式。現代C++（C++ 11及以后）改善了這一點，但對于新開發人員來說，這仍然是一個挑戰。

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

此外，Rust有一個充滿活力，熱情的社區。在最近幾年中，每年度Stack overflow開發人員的調查一中顯示Rust是開發人員的“最愛”語言。

總結

盡管C++提供了無與倫比的控制效果和卓越性能，并受到一個龐大的成熟生態系統的支持，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，是針對高性能應用的可靠選擇。而Rust強調安全性，出色的項目管理和開發工具和快速增長的生態系統、優雅的文檔系統，非常適合那些尋求最大程度地減少常見編程錯誤的現代語言的人。無論如何，兩種語言都為高效，強大的應用提供了獨特的功能，并且它們持續的演變將繼續豐富系統編程。