Rust最佳入門與實戰DM2452

★ 曾任職於 IBM、工研院等全球知名企業

★ IT 邦幫忙 2018 年 AI 組【冠軍】

★ 多年 AI 課程講授經驗

Rust 特點

Rust 程式語言受到國際IT 大企業的強力推薦，包括【Google 投百萬美元給Rust基金會，要強化C++ 與Rust 互通性】、【微軟再組新團隊，欲將 C# 代碼改寫為 Rust !】、【Amazon AWS 大量投資Rust 社群，開源Tokio】，Linux 發明人Linus Torvalds 說【Rust will go into Linux 6.1】，為什麼呢? 因為Rust 是一個年輕（2010 年誕生）、有活力（有146,000 個註冊套件）的程式語言，既可以解決傳統C 語言最令人詬病的缺陷，程式動不動就crash，甚至整台電腦當掉，嚴重影響系統維運的穩定性，同時Rust 又擁有現代化程式語言的優點，例如類似Python 的套件管理、物件導向程式設計（OOP）、Function Programming⋯等等，顯然比C++ 更吸引人，同時強調記憶體安全（Memory safety）與高效能（High Performance），也比Python 效能更好，更可以編譯成二進位的執行檔，不必把原始碼交給客戶，因此筆者稱Rust 是現代版的C。

到2024/1/11 為止，Rust 的生態系統已非常完整，套件註冊官網（crate.io）已登錄133,524 個套件，涵蓋各類功能與應用，而且還在快速成長中，生態系統是Python 躍居語言使用率第一名的主要原因，雖然Rust 有些套件的完整性還不如Python，但是規模與涵蓋廣度值得期待。

除了學習Rust 程式語言及許多套件外， 也可以學到【設計典範】（Design patterns），例如，Command Line Applications in Rust 線上書籍就透過一個簡單的應用程式，說明撰寫應用程式應該注意的事項，也提到相對應可立即應用的套件，本書第五章會有詳細解說。另外，還有許多官方線上書籍都有類似的典範說明，例如：Rust By Example、WebAssembly book、Embedded Rust book⋯。

與Python 的整合

撰寫Python 的生產力非常高，往往只要少量的程式碼就可以完成複雜的工作，但是因為Python 屬於動態語言架構，錯誤檢查比較鬆散，因此，執行階段常會發生錯誤，並不適合佈署到正式環境（Production environment），但Python非常適合在開發階段進行研發，例如資料前置處理、資料分析、訓練模型、POC、測試、驗證⋯等，一旦資料與模型備妥，再利用高效能及安全的Rust，開發面對客戶/ 使用者的應用系統，建置成執行檔，佈署到正式環境，兼顧快速與穩健，Rust 與Python 整合並不困難，本書會有許多的案例，與讀者分享。

為何撰寫本書

Rust 也不是沒有缺點，它是筆者學過的近20 種程式語言中最難入門的，主要原因是語法非常多樣化、要理解的設計理念很多、編程規定非常嚴謹，因此，如何找到捷徑輕鬆入門，是非常重要的關鍵，這也是筆者撰寫本書的主要目的，希望能協助讀者快速融會貫通，並開發出安全與高效能的應用系統。

本書主要的特點

Rust 語法非常多樣化，官網的文件也非常豐富，要循序漸進，把每一本線上書籍都看完，應該要花很多時間，讀者及公司老闆應該都沒這個耐性，因此，筆者希望以多年的編程經驗，考量Rust 各項功能對於應用系統開發的重要性，分階段介紹Rust 基本語法、應用實戰、進階設計理念，由淺入深，中間穿插練習與開發小程式，使學習歷程充滿樂趣及挑戰，因此，本書所附的範例程式特別多。

另外，這本書也強調應用，會介紹非常多套件，包括網頁、WebAssembly、桌面程式、機器學習、深度學習、區塊鏈⋯等應用程式開發，希望讀者即學即用，不光是讚嘆Rust 之美，也能立即上手，為個人塑立專業形象，為公司帶來巨大貢獻，講的好像有點Over 了，不過，這也是許多Rustaceans 的夢想吧。

註：Rust developer 暱稱為Rustaceans，Python developer 暱稱為Pythonista。

目標對象

1. 熟悉C 語言的學生或工程師：可學習到最新的程式語言設計理念，改寫或升級舊系統（Legacy system）。

2. 熟悉Python 語言的學生或工程師：可學習到如何開發安全與高效能的應用系統。

3. 同時熟悉C 與Python 語言的學生或工程師：可學習到如何整合Python 與Rust，提升系統開發的生產力。

4. 機器學習工程師：可學習如何利用Rust 建立高效系統，以提升模型訓練（Training）與推論（Inference）的速度。

閱讀重點

◆ 第一篇為 Rust 基礎介紹，含第一 ~ 五章。

◆ 第一章 Rust 入門，介紹 Rust 語言特點、環境建置、套件管理工具（Cargo）及學習資源。

◆ 第 二 章 Rust 火 力 展 示， 預 先 展 示 Rust 與 Python/JavaScript整合，引用OpenCV 套件進行影像處理， 引用Polars 套件進行資料分析（Dataanalysis）、機器學習/ 深度學習及資料庫存取等功能。

◆ 第三章介紹 Rust 基礎的資料型別，學習任何程式語言，都是從變數資料型別及控制流程開始，Rust 也不例外，Rust 資料型別定義非常嚴謹，可以精準定義變數所需的記憶體空間，另外，必須掌握變數所有權才可以掌握記憶體管理。

◆ 第四章介紹 Rust 流程控制，除了一般的分叉（if/else）、迴圈外，也會介紹例外管理機制，這方面與大部分的程式語言（Try/Catch）大相逕庭，需特別注意。

◆ 第五章介紹命令行（CLI）應用程式實作，將之前學習的資料型別與控制流程的知識加以應用，開發一些簡單的命令行（Command Line Interface, CLI）應用程式，藉以熟悉命令行參數解析、多執行緒（Multi-threading）、工作日誌（Logging）、單元測試（Unit testing）及6. 組態管理（configuration management）等程式技巧。

◆ 第二篇為 Rust 進階介紹，含第六 ~ 十一章。

◆ 第六章介紹所有權（Ownership），這是 Rust 語言較難理解的部分，Rust 為了確實做好記憶體管理，必須確實掌握變數的生命週期，才能在生命週期結束時，適時釋放記憶體。

◆ 第七章介紹泛型（Generics），它類似物件導向程式設計（OOP）的【多載】（Overload）、多型（Polymorphism）的概念，一個函數可以適用多種資料型別，不須為每一種型別各寫一個函數，另外，也介紹Rust 內建的泛型資料結構。

◆ 第八章介紹特徵（Trait），Rust 不提供類別（Class），轉而提供 Trait 及結構（Struct）的整合，作為實踐【物件導向程式設計】（OOP）的基礎，這是Rust 程式開發的重要基石。

◆ 第九章介紹巨集（Macro），巨集以特殊的語法形式擴展程式，類似程式產生器，也可以實作成【裝飾器】（Decorator），加註在結構（struct）、枚舉（enum）及函數前面。

◆ 第十章介紹閉包（Closure），Closure 是一種匿名函數，Python 稱為 Lambdafunction，是【函數程式設計】（Function Programming）的關鍵角色。

◆ 第十一章介紹並行處理（Concurrency），包括多個執行緒（Thread）及非同步（Asynchronous）處理，可解決I/O bound 的瓶頸，提升執行效能。

◆ 第三篇 Rust 實戰，介紹開發應用程式常見的檔案系統、資料庫存取與使用者介面，還介紹網站開發、與其他程式語言溝通、資料科學、機器學習及深度學習⋯等，也包括最新的技術如WebAssembly、區塊鏈（Blockchain）、Foreign Function Interface （FFI）。

◆ 第十二章介紹 WebAssembly，簡稱 wasm，是一種新形態的網頁運行方式，它類似Assembly 的低階程式語言，以二進位格式（Binary format）在瀏覽器的JavaScript 虛擬機內運行，執行效能直逼原生程式。

◆ 第十三章介紹各種檔案讀寫方式、資料夾檢視與搜尋與各式資料庫的新增 /查詢/ 更新/ 刪除（CRUD）。

◆ 第十四章介紹資料庫存取，包括關聯式資料庫（Relational database）及NoSQL 資料庫，也包括ORM（Object Relational Mapping）操作。

◆ 第十五章介紹使用者介面（User Interface），包括圖形化使用者介面（Graphic User Interface, GUI）、Web based 的桌面程式及網站開發。

◆ 第十六章介紹 Foreign Function Interface （FFI）規格，透過此規格可與其他程式語言溝通，包括C/C++、Python⋯等。

◆ 第十七章介紹以 Rust 開發機器學習 / 深度學習的方式。

◆ 第十八章介紹區塊鏈（Blockchain），越來越多的系統開發者使用 Rust 撰寫區塊鏈相關程式，我們介紹一個具體而微的區塊鏈程式，包括挖礦及P2P 網路。

本書範例程式碼全部收錄在 https://github.com/mc6666/RUST_Book。

致謝

因個人能力有限，還是有許多議題成為遺珠之憾，仍待後續的努力，過程中要感謝深智出版社的大力支援，使本書得以順利出版，最重要的是要謝謝家人的默默支持。

內容如有疏漏、謬誤或有其他建議，歡迎來信指教(mkclearn@gmail.com)。