Rust编程语言做了哪些正确的设计?

Rust编程语言目前势头很猛,受到了几大互联网巨头的青睐,比如谷歌、微软、Meta,亚马逊等,还作为第二语言进入了Linux内核,国内的华为和字节跳动等公司也有Rust相关的应用。

本人是一个Rust的粉丝,写过不少的Rust应用,这里我总结一下我认为的Rust相比于其他编程语言的更为正确的设计:

Sum type

Sum type是比较学术的说法,常见于函数式语言,但是sum type并非函数式语言的专属,老大哥C语言的union加上tag之后就是sum type(俗称tagged union),而动态类型语言的变量的类型其实就是封装出来的sum type类型,比如PHP的变量定义:

typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;             /* long value */
    double            dval;             /* double value */
    zend_refcounted  *counted;
    zend_string      *str;
    zend_array       *arr;
    zend_object      *obj;
    zend_resource    *res;
    zend_reference   *ref;
    zend_ast_ref     *ast;
    zval             *zv;
    void             *ptr;
    zend_class_entry *ce;
    zend_function    *func;
    struct {
        uint32_t w1;
        uint32_t w2;
    } ww;
} zend_value;

但是为啥某些主流的静态类型语言却缺失了这个概念(比如Java、Go等)?我是没想明白的,毕竟老大哥C语言都有这个概念了,缺失了sum type会导致某些需要动态的场景非常的别扭,比如序列化JSON,举个例子,需要反序列化如下的JSON:

[1, "foo", null]

Java要怎么做?只能序列化到List<Object>,然后靠类型推断来判断是Integer还是String还是Object(null)了,这样就丧失掉静态类型的优势了。

而Rust的sum type关键字enum就很好地解决了这个问题,serde_json库的Value就已经完美地定义了JSON的结构:

pub enum Value {
    Null,
    Bool(bool),
    Number(Number),
    String(String),
    Array(Vec<Value>),
    Object(Map<String, Value>),
}

没有null

这是个老生常谈的问题,null的发明者Tony Hoare将null的设计称为十亿美元错误,意思是null造成的无法计数的错误、漏洞和系统崩溃可能已经造成了十亿美元的损失。

而Rust的解决方式是通过sum type,即Option,来强制用户必须处理null的情况:

pub enum Option<T> {
    None,
    Some(T),
}

在其他一些没有sum type语言中也有类似的做法,比如dart的null safety符号?,java的Optional(可惜出来得太晚也不是强制性的)。

赋值默认是移动语义

这个是我认为非常正确的设计,普遍的编程语言的赋值都是复制语义,对于像bool、int、指针之类的基本类型,复制成本低,因此复制语义对于他们来说比较合适,包括Rust也为基本类型提供了Copy trait来转换成复制语义。

但是对于大型的复合体,复制语义明显不适合,因此某些语言区分了值类型和引用类型,成了各种面试题喜欢问到的东西。

而引用类型的本质是封装了指针,赋值的时候其实是复制的指针,指针指向的是同一份内存,产生了“引用”的效果。

像Go这类存在指针的语言,那是否“引用”则清晰多了,不过依然存在slice和map这类引用类型,来对抗复制语义带来的深拷贝造成的影响。

而Rust则更加正确,同一份内存在同一时间只能被一个变量所拥有(所有权的概念),避免了复制语义带来的影响,更加精妙的是,因为所有权的概念,因此可以实现RAII,这是Rust能够在无gc的情况下管理内存的关键。

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