Einführung

Willkommen bei Die Programmiersprache Rust, einem einführenden Buch über Rust. Die Programmiersprache Rust hilft dir, schnellere und zuverlässigere Software zu schreiben. Ergonomie und systemnahe Kontrolle stehen beim Entwurf von Programmiersprachen oft im Widerspruch – Rust stellt sich diesem Konflikt. Durch den Ausgleich zwischen leistungsstarken, technischen Möglichkeiten und einer großartigen Entwicklererfahrung bietet dir Rust die Möglichkeit, Details systemnah (z.B. Speichernutzung) zu kontrollieren, ohne den ganzen Ärger, der damit typischerweise einhergeht.

Für wen Rust ist

Rust ist für viele Menschen aus einer Vielzahl von Gründen ideal. Schauen wir uns einige der wichtigsten Nutzergruppen an.

Entwicklerteams

Rust erweist sich als produktives Werkzeug in der Zusammenarbeit großer Entwicklerteams mit unterschiedlichem Kenntnisstand in der Systemprogrammierung. Systemnaher Code ist anfällig für eine Vielzahl subtiler Fehler, die in den meisten anderen Sprachen nur durch ausgiebige Tests und sorgfältige Überprüfung des Codes durch erfahrene Entwickler erkannt werden können. In Rust spielt der Compiler eine Art Pförtnerrolle, indem er Code mit diesen schwer fassbaren Fehlern verweigert zu kompilieren, darunter auch Nebenläufigkeitsfehler. Mit der Arbeit an der Seite des Compilers kann sich das Team auf die Programmlogik konzentrieren, anstatt Fehler zu suchen.

Rust bringt auch zeitgemäße Entwicklerwerkzeuge in die Welt der Systemprogrammierung:

Cargo, das mitgelieferte Abhängigkeitsmanagement- und Bau-Werkzeug, macht das Hinzufügen, Kompilieren und Verwalten von Abhängigkeiten im gesamten Rust-Ökosystem schmerzlos und konsistent.
Das Formatierungstool Rustfmt sorgt für einen einheitlichen Codierstil bei den Entwicklern.
Der Rust Sprachdienst (Language Server) ermöglicht Codevervollständigung und im Code angezeigte Fehlermeldungen innerhalb der Entwicklungsumgebung (IDE).

Durch den Einsatz dieser und anderer Werkzeuge des Rust-Ökosystems können Entwickler produktiv arbeiten, während sie Code auf Systemebene schreiben.

Studenten

Rust ist für Studenten und alle, die sich für Systemkonzepte interessieren. Mit Rust haben viele Menschen etwas über Themen wie die Entwicklung von Betriebssystemen gelernt. Die Gemeinschaft ist sehr einladend und beantwortet gerne Fragen der Studenten. Durch Bemühungen wie dieses Buch will das Rust-Team Systemkonzepte mehr Menschen zugänglich machen, insbesondere denen, die neu in der Programmierung sind.

Unternehmen

Hunderte von Unternehmen, große und kleine, setzen Rust für eine Vielzahl von Aufgaben in der Produktion ein, dazu gehören Kommandozeilenwerkzeuge, Webdienste, DevOps-Werkzeuge, eingebettete Geräte, Audio- und Videoanalyse und -transkodierung, Kryptowährungen, Bioinformatik, Suchmaschinen, Anwendungen für das Internet der Dinge, maschinelles Lernen und sogar wesentliche Teile des Webbrowsers Firefox.

Open-Source-Entwickler

Rust ist für Menschen, die die Programmiersprache Rust, die Gemeinschaft, Entwickler-Werkzeuge und Bibliotheken aufbauen möchten. Wir würden uns freuen, wenn du zur Programmiersprache Rust beiträgst.

Menschen, die Geschwindigkeit und Stabilität schätzen

Rust ist für Menschen, die sich nach Geschwindigkeit und Stabilität einer Sprache sehnen. Mit Geschwindigkeit meinen wir sowohl die Geschwindigkeit, mit der Rust-Code ausgeführt werden kann, als auch die Geschwindigkeit, mit der du mit Rust Programme schreiben kannst. Die Prüfungen des Rust-Compilers gewährleisten Stabilität während du neue Funktionen hinzufügst und deinen Code änderst. Dies steht im Gegensatz zu brüchigen Code-Altlasten in Sprachen ohne diese Prüfungen, die Entwickler sich oft scheuen zu verändern. Durch das Streben nach kostenneutralen Abstraktionen, also Funktionalität auf höherer Ebene, die zu genauso schnellem Code wie manuell geschriebener Code auf niedrigerer Ebene kompiliert, bemüht sich Rust, sicheren Code auch zu schnellem Code zu machen.

Die Sprache Rust hofft, auch viele andere Nutzer zu unterstützen; die hier genannten sind nur einige der größten Interessensgruppen. Insgesamt ist es Rusts größtes Bestreben, den Zielkonflikt zu beseitigen, den Programmierer jahrzehntelang hingenommen haben, wenn sie Sicherheit und Produktivität bzw. Geschwindigkeit und Ergonomie erreichen wollten. Versuche es mit Rust und finde heraus, ob dessen Möglichkeiten für dich geeignet sind.

Für wen dieses Buch gedacht ist

In diesem Buch wird davon ausgegangen, dass du bereits Code in einer anderen Programmiersprache geschrieben hast, es spielt aber keine Rolle in welcher. Wir haben versucht, das Material einem breiten Publikum mit unterschiedlichem Programmierhintergrund zugänglich zu machen. Wir verbringen nicht viel Zeit damit, darüber zu sprechen, was Programmieren ist oder wie man darüber denkt. Wenn Programmieren für dich ganz neu ist, wäre es besser, wenn du ein Buch speziell zur Einführung in die Programmierung liest.

Wie man dieses Buch verwendet

Im Allgemeinen geht dieses Buch davon aus, dass du es der Reihe nach von vorne nach hinten liest. Spätere Kapitel bauen auf den Konzepten früherer Kapitel auf. Frühere Kapitel gehen möglicherweise nicht auf die Einzelheiten eines Themas ein, denn in der Regel werden wir es in einem späteren Kapitel erneut aufgreifen.

Du findest in diesem Buch zwei Kapitelarten: Konzeptkapitel und Projektkapitel. In Konzeptkapiteln erfährst du etwas über einen Aspekt von Rust. In Projektkapiteln schreiben wir gemeinsam kleine Programme und wenden das bisher Gelernte an. Die Kapitel 2, 12 und 20 sind Projektkapitel; die übrigen sind Konzeptkapitel.

Kapitel 1 erklärt, wie man Rust installiert, wie man ein „Hallo Welt“-Programm schreibt und wie man Cargo, den Paketmanager und das Bauwerkzeug von Rust, benutzt. Kapitel 2 ist eine praktische Einführung in die Sprache Rust. Hier werden Konzepte auf hohem Niveau behandelt, spätere Kapitel werden zusätzliche Einzelheiten liefern. Wenn du dir schon jetzt die Hände schmutzig machen willst, dann ist Kapitel 2 der richtige Ort dafür. Zunächst willst du vielleicht sogar Kapitel 3 überspringen, in dem es um Rust-Funktionen geht, die denen anderer Programmiersprachen ähneln, und direkt zu Kapitel 4 übergehen, um mehr über den Eigentümerschaftsansatz von Rust zu erfahren. Wenn du jedoch ein besonders akribischer Lerner bist, der lieber erst jedes Detail lernen will, bevor er zum nächsten übergeht, willst du vielleicht Kapitel 2 überspringen und direkt zu Kapitel 3 gehen und danach zu Kapitel 2 zurückkehren, um dann an einem Projekt zu arbeiten und die gelernten Details anzuwenden.

Kapitel 5 bespricht Strukturen und Methoden, und Kapitel 6 behandelt Aufzählungen, match-Ausdrücke und das if let-Kontrollflusskonstrukt. Du wirst Strukturen und Aufzählungen verwenden, um benutzerdefinierte Typen in Rust zu erstellen.

In Kapitel 7 erfährst du mehr über das Modulsystem von Rust und über die Datenschutzregeln zum Organisieren deines Codes und dessen öffentlich zugängliche Programmierschnittstelle (API). In Kapitel 8 werden einige gängige Kollektionsdatenstrukturen, die die Standardbibliothek zur Verfügung stellt, behandelt, z.B. Vektoren, Zeichenketten und Hashtabellen. Kapitel 9 befasst sich mit Rusts Philosophie und Techniken der Fehlerbehandlung.

Kapitel 10 vertieft generische Datentypen, Merkmale und Lebensdauern, die dir die Möglichkeit geben, Code zu schreiben, der für mehrere Typen passt. In Kapitel 11 dreht sich alles um das Testen, das selbst mit den Sicherheitsgarantien von Rust erforderlich ist, um eine korrekte Logik deines Programms sicherzustellen. In Kapitel 12 werden wir unsere eigene Implementierung für eine Teilfunktionalität des Kommandozeilenwerkzeugs grep schreiben, das nach Text in Dateien sucht. Dazu werden wir viele Konzepte anwenden, die wir in den vorangegangenen Kapiteln kennengelernt haben.

Kapitel 13 befasst sich mit Funktionsabschlüssen und Iteratoren, also Sprachmerkmalen, die von funktionalen Programmiersprachen stammen. In Kapitel 14 werden wir einen genaueren Blick auf Cargo werfen und über bewährte Vorgehensweisen beim Bereitstellen deiner Bibliotheken für andere sprechen. In Kapitel 15 werden intelligente Zeiger, die die Standardbibliothek bereitstellt, und Merkmale, die ihre Funktionalität ermöglichen, erörtert.

In Kapitel 16 gehen wir durch verschiedene Modelle der nebenläufigen Programmierung und sprechen darüber, wie Rust dir hilft, furchtlos mit mehreren Strängen zu programmieren. Kapitel 17 befasst sich mit dem Vergleich zwischen Rust-Idiomen und den Prinzipien der objektorientierten Programmierung, mit denen du vielleicht vertraut bist.

Kapitel 18 ist ein Nachschlagewerk zu Muster und Musterabgleich, einem mächtigen Mittel zum Ausdrücken von Ideen in Rust-Programmen. Kapitel 19 enthält ein Sammelsurium an interessanten fortgeschrittenen Themen, darunter unsicheres Rust, Makros und mehr zu Lebensdauer, Merkmalen, Typen, Funktionen und Funktionsabschlüssen.

In Kapitel 20 werden wir ein Projekt abschließen, bei dem wir einen systemnahen, nebenläufigen Webdienst implementieren!

Schließlich enthalten einige Anhänge nützliche Informationen über die Sprache in einem eher referenzartigen Format. Anhang A enthält die Schlüsselwörter von Rust, Anhang B die Operatoren und Symbole von Rust, Anhang C ableitbare Merkmalen, die von der Standardbibliothek mitgebracht werden, Anhang D nützliche Entwicklungswerkzeuge und Anhang E erläutert die Rust-Ausgaben. In Anhang F findest du Übersetzungen des Buches, und in Anhang G erfährst du, wie Rust erstellt wird und was nächtliches (nightly) Rust ist.

Es gibt keinen falschen Weg, dieses Buch zu lesen: Wenn du was überspringen willst, nur zu! Möglicherweise musst du zu früheren Kapiteln zurückkehren, wenn du irritiert bist. Aber tue, was immer für dich passt.

Ein wichtiger Teil beim Lernen von Rust ist das Verstehen der Fehlermeldungen, die der Compiler anzeigt: Diese leiten dich zum funktionierenden Code. Daher werden wir viele Beispiele bringen, die nicht kompilieren, zusammen mit der jeweiligen Fehlermeldung des Compilers. Wenn du also ein zufälliges Beispiel eingibst und ausführen willst, lässt es sich möglicherweise nicht kompilieren! Stelle sicher, dass du den umgebenden Text liest, um zu wissen, ob das Beispiel, das du ausführen willst, für einen Fehler gedacht ist. Ferris gibt dir einen Hinweis bei Code, der nicht funktionieren soll:

Ferris	Bedeutung
	Dieser Code lässt sich nicht kompilieren!
	Dieser Code bricht ab (panic)!
	Dieser Code liefert nicht das gewünschte Verhalten.

In den meisten Situationen führen wir dich zu einer funktionierenden Codeversion, wenn er sich nicht kompilieren lässt.

Quellcode

Die Quelldateien, aus denen dieses Buch generiert wird, findest du unter GitHub.