Rust vs C ++: una guida rapida per gli sviluppatori

Rust e C ++ sono due potenti linguaggi di programmazione dei sistemi, ognuno con punti di forza unici che si prestano meglio a determinati progetti rispetto ad altri.

Questa guida andrà oltre e confronterà le caratteristiche fondamentali di queste lingue, aiutandoti a decidere quale potrebbe essere adatto al tuo prossimo progetto web.

Sicurezza della memoria

La sicurezza della memoria è fondamentale per prevenire errori come overflow buffer, perdite di memoria e problemi di punta che possono portare a arresti anomali o vulnerabilità di sicurezza.

Modello di sicurezza della memoria di Rust

Rust impone la sicurezza della memoria attraverso la proprietà, i prestiti e le vite:

• Modello di proprietà: Rust utilizza un sistema di proprietà unico, in cui ogni dato ha un unico proprietario in qualsiasi momento.Quando il proprietario esce dall'ambito, la ruggine tratta automaticamente la memoria.Questo modello elimina la necessità di una gestione manuale della memoria o della raccolta dei rifiuti.
• Prestito e vite: La ruggine consente ai dati di essere presi in prestito immutabilmente o mutabilmente, ma non entrambi.Ciò impedisce al compilatore di realizzare gare di dati, anche in complessi programmi multi-thread.Le annotazioni a vita di Rust aiutano anche a gestire la memoria in modo efficace, garantendo che i riferimenti non sopravvivono ai loro dati.

Applicando queste regole a tempo di compilazione, sono quasi impossibili bug come null puntatore dereferences, overflow buffer e errori senza altro.

L'approccio di gestione della memoria di C ++

C ++ fornisce potenti strumenti per la gestione della memoria ma con meno funzionalità di sicurezza automatica:

• Gestione manuale della memoria: Gli sviluppatori C ++ possono utilizzare puntatori grezzi per allocare e trattare direttamente la memoria, che fornisce flessibilità ma richiede una disciplina per evitare perdite di memoria o puntatori penzolanti.
• Pointatori intelligenti: Il moderno C ++ (poiché C ++ 11) include puntatori intelligenti come std :: univoco_ptr, std :: shared_ptr, e std :: debole_ptr, che aiutano a gestire la memoria liberando automaticamente le risorse quando non vengono più utilizzate.
• RAII (Acquisizione delle risorse è inizializzazione): C ++ utilizza RAII per gestire le risorse, che lega la gestione delle risorse per la vita degli oggetti.Questo aiuta a gestire la memoria ma si basa sulla disciplina degli sviluppatori, poiché il compilatore non applica rigorosamente queste regole.

Mentre C ++ offre flessibilità nella gestione della memoria, la mancanza di sicurezza della memoria forzata del compilatore può comportare problemi di memoria di runtime se non gestiti con cura.

Concorrenza

La concorrenza consente ai programmi di gestire contemporaneamente più operazioni, una caratteristica chiave per la reattività e l'utilizzo efficiente delle risorse nelle applicazioni.

Vantaggi di concorrenza di Rust

Il modello di proprietà di Rust rende intrinsecamente più sicuro scrivere codice concorrente:

• Prevenzione della gara di dati: Il compilatore di Rust applica le rigide regole di prestito, quindi non può verificarsi alcuna gara di dati perché solo un thread può mutare i dati in qualsiasi momento.Questa funzione è integrata nel modello di concorrenza di Rust.
• Sicurezza del filo al momento della compilazione: La ruggine ha il Spedire e Sincronizzazione I tratti che specificano se i tipi possono essere trasferiti in modo sicuro o accessibile da più thread.Questi tratti sono implementati automaticamente, facilitando la cattura di problemi di sicurezza dei thread prima ancora che il codice funzioni.
• Primitive di concorrenza di alto livello: Rust fornisce primitivi in ​​concorrenza come canali per il passaggio di messaggi tra thread e librerie come tokio Per la programmazione asincrona, che sono sia performanti che sicuri.

Capacità di concorrenza di C ++

C ++ ha un solido supporto di concorrenza ma pone la responsabilità sul programmatore:

• Libraries di threading: C ++ fornisce std :: thread e altre biblioteche per supportare il multi-threading, consentendo potenti capacità di concorrenza ma senza rigide protezioni della gara di dati.
• Mutex e serrature: C ++ richiede l'uso manuale di mutex, variabili di condizione e blocchi per gestire l'accesso al thread alle risorse condivise.L'uso corretto di questi meccanismi è essenziale per evitare gare di dati.
• Operazioni atomiche: C ++ include il <tomic> La biblioteca, che assicura che le operazioni sui dati condivisi siano sicure senza blocchi, ma gli sviluppatori devono capire quando e come usarli per evitare comportamenti indefiniti.

C ++ offre ai programmatori un maggiore controllo sulla concorrenza, ma manca dei rigorosi controlli a tempo di compilazione forniti dalla Rust, rendendo più facile introdurre bug di concorrenza.

Gestione degli errori

La gestione degli errori influisce su come i programmi gestiscono situazioni impreviste, come input non validi o operazioni non riuscite.

Gestione degli errori di Rust con risultato e opzione

Rust evita le eccezioni, optando per una gestione degli errori più prevedibile:

• Tipi di risultato e opzioni: Rust usa il Risultato e Opzione Tipi per gestire errori senza eccezioni.Il risultato rappresenta il successo (Ok) o fallimento (Err), mentre l'opzione viene utilizzata per valori che possono o meno essere presenti.
• Gestione esplicita degli errori: Richiedendo funzioni per restituire Risultato o Opzione, gli sviluppatori possono gestire esplicitamente errori, riducendo le possibilità di eccezioni non gestite e aumentando l'affidabilità del codice.
• Matching pattern: Sintassi di corrispondenza dei pattern di Rust (incontro) consente agli sviluppatori di gestire facilmente diversi casi di errore, rendendo la gestione degli errori chiara e gestibile.

Gestione degli errori basata su eccezioni di C ++

C ++ utilizza un approccio diverso con le eccezioni di runtime:

• Blocchi di catch di prova: C ++ utilizza blocchi di cattura per la gestione delle eccezioni, in cui un'eccezione può essere lanciata e catturata durante il runtime.Questa flessibilità consente agli sviluppatori di gestire gli errori a livello globale ma può portare a sovraccarico di prestazioni.
• RAII e sicurezza delle risorse: C ++ può legare la gestione delle risorse alla sicurezza delle eccezioni tramite RAII.Tuttavia, le eccezioni devono essere gestite attentamente per evitare perdite di memoria.
• Gestione degli errori alternativi: Alcuni sviluppatori evitano le eccezioni a favore di codici o strutture di interruzione degli errori come std :: opzionale Per controllare le prestazioni ed evitare l'imprevedibilità.

L'approccio di Rust è spesso visto come più sicuro e più prevedibile, mentre il modello di eccezione di C ++ offre flessibilità ma a costo di potenziali problemi di prestazione.

Sicurezza a tempo di compilazione

I controlli di sicurezza a tempo di compilazione impediscono errori comuni prima delle esecuzioni del codice, il che può ridurre il debug di runtime costosi.

La rigorosa sicurezza del tempo di compilazione di Rust

Il compilatore di Rust è severo e applica una serie di regole:

• Controlli di proprietà e prestito: Il compilatore di Rust controlla le regole di proprietà e prestito al momento della compilazione, prevenendo gare di dati e problemi di memoria prima dell'esecuzione.
• Tipo di sicurezza e annotazioni per tutta la vita: Rust impone una sicurezza di tipo rigoroso e le sue annotazioni a vita lo rendono in modo che i riferimenti non sopravvivono ai loro proprietari, prevenendo errori di runtime comuni.
• Meno bug di runtime: A causa dei controlli a tempo di compilazione di Rust, un minor numero di bug appaiono in fase di esecuzione, rendendo le applicazioni più stabili e affidabili.

Sicurezza flessibile per la compilazione flessibile di C ++

C ++ fornisce il controllo del tipo a tempo di compilazione ma è meno restrittivo:

• Sicurezza del tipo: C ++ Controlla i tipi al momento della compilazione, ma il casting implicito e le regole meno rigorose possono portare a errori di runtime relativi al tipo.
• MEMPLATE METAPROGRAMMING: C ++ supporta potenti funzionalità di compilazione attraverso modelli, consentendo agli sviluppatori di eseguire alcuni calcoli al momento della compilazione, sebbene possa rendere il debug più impegnativo.
• Meno garanzie di sicurezza: C ++ non applica il prestito o la proprietà al momento della compilazione, quindi i problemi di sicurezza della memoria sono più difficili da catturare prima del runtime.

I controlli di compilazione rigorosa di Rust aiutano a mantenere la sicurezza, mentre la flessibilità di C ++ consente un rapido sviluppo, ma può comportare un maggiore debug di runtime.

Prestazione

Entrambe le lingue sono progettate per prestazioni elevate, ma adottano approcci diversi.

Performance di Rust con astrazioni a costo zero

La ruggine è ottimizzata per abbinare le prestazioni C ++ senza aggiungere sovraccarico:

• Astrazioni a costo zero: Le astrazioni di Rust, come iteratrici e la corrispondenza dei pattern, non aggiungono costi di runtime, mantenendolo come un codice di livello inferiore.
• Gestione ottimizzata della memoria: Il sistema di proprietà di Rust riduce al minimo la gestione della memoria di runtime, riducendo le spese generali della raccolta dei rifiuti rispetto ad altre lingue.
• Ottimizzazioni efficienti del compilatore: Il backend LLVM di Rust esegue ottimizzazioni che portano le prestazioni di Rust vicino o talvolta meglio di C ++.

Le prestazioni di C ++ e il controllo di basso livello

C ++ è stato a lungo lo standard per le prestazioni:

• Gestione manuale della memoria: C ++ offre agli sviluppatori il pieno controllo sull'allocazione della memoria e sulle risorse hardware, che è utile nelle applicazioni sensibili alle prestazioni.
• Elevata ottimizzazione: I compilatori C ++ (come GCC e Clang) offrono elevate capacità di ottimizzazione, rendendo C ++ estremamente efficiente per applicazioni a bassa latenza e ad alta frequenza.
• Flessibilità per hardware: C ++ consente il controllo diretto dell'hardware, che è ideale per applicazioni come sistemi in tempo reale, sistemi incorporati e sviluppo del gioco.

Mentre Rust può abbinare le prestazioni di C ++ in molti scenari, C ++ offre un controllo più fine su ottimizzazioni di basso livello, rendendolo popolare nei campi delle prestazioni.

Ecosistema e strumenti

L'ecosistema di ogni lingua influisce sulla produttività e sulla facilità di costruire progetti su larga scala.

Rust's Modern Tooling con carico

L'ecosistema di Rust è costruito attorno alle moderne pratiche di sviluppo:

• Gestore dei pacchetti di carico: Il carico semplifica la gestione del progetto, la risoluzione delle dipendenze e la costruzione, rendendo più facile lavorare con pacchetti e mantenere progetti.
• Biblioteca Rich Crates.io: Il repository di pacchetti ufficiali di Rust, Casse.io, offre una gamma di librerie ben tenute di alta qualità per vari settori.
• Test e documentazione integrati: Il carico supporta test integrati, benchmarking e generazione di documentazione, creando un ambiente di sviluppo semplificato.

Ecosistema maturo di C ++ e diversità degli strumenti

C ++ beneficia di decenni di sviluppo e un ampio ecosistema:

• Biblioteche e quadri stabiliti: C ++ ha una vasta selezione di librerie per tutto, dallo sviluppo della GUI alla grafica in tempo reale e all'apprendimento automatico.
• Diverse opzioni di strumenti: Costruisci sistemi come Cmake, Makefiles e Ninja offrono potenti capacità, sebbene possano richiedere più configurazione del carico di Rust.
• Ampia supporto comunitario: La comunità matura di C ++ offre un ampio supporto e ampie risorse per risolvere le sfide, in particolare in domini specializzati come lo sviluppo del gioco e il calcolo scientifico.

La moderna strumenti di Rust semplifica la configurazione, mentre l'ecosistema a lungo termine di C ++ supporta una vasta gamma di applicazioni e offre ampie opzioni di utensili.

Interoperabilità

L'interoperabilità si riferisce alla facilità di utilizzare una lingua con altri sistemi o lingue.

L'interoperabilità di Rust con C/C ++

Rust ha capacità di interoperabilità in crescita:

• Interfaccia della funzione estera (FFI): L'FFI di Rust consente chiamate dirette al codice C, rendendo più facile l'interfacciarsi con i sistemi legacy o le librerie C sensibili alle prestazioni.
• Gestione manuale della memoria per FFI: Rust richiede ulteriori cure quando si gestisce la memoria attraverso i confini FFI in modo da mantenere i principi di proprietà e sicurezza.

L'ampia interoperabilità di C ++

C ++ si integra perfettamente con C:

• Interoperabilità diretta con c: C ++ è progettato per essere compatibile con C, consentendo il vasto ecosistema di librerie C di essere utilizzato direttamente nel codice C ++.
• Bindings per altre lingue: C ++ ha attacchi per altre lingue (come Python con boost.python), rendendolo altamente versatile in progetti multi-linguaggio.

Mentre l'interoperabilità di Rust sta crescendo, C ++ rimane la scelta di riferimento per l'integrazione diretta con le librerie C esistenti.

Scegliere Rust o C ++ per il tuo prossimo progetto

Ecco un breve riassunto di quando potresti scegliere una lingua sull'altra.

Perché scegliere Rust

• Sicurezza della memoria senza raccolta dei rifiuti: Garantisce la sicurezza attraverso i controlli a tempo di compilazione, rendendola ideale per progetti incentrati sulla sicurezza.
• Concorrenza sicura: Il modello di proprietà di Rust supporta il multi-threading sicuro, ideale per applicazioni scalabili e simultanee.
• Strumenti moderni: Con carico e un ecosistema in crescita, Rust offre un'esperienza di sviluppo regolare.
• Crescita popolarità: Rust sta guadagnando trazione nell'assemblaggio Web, nella programmazione dei sistemi e nei servizi cloud.

Perché scegliere C ++

• Ecosistema maturo: Per i progetti che necessitano di ampie librerie e integrazione con i sistemi esistenti, C ++ offre un ambiente consolidato.
• Controllo delle prestazioni: C ++ offre un accesso di basso livello a memoria e hardware, una funzionalità di base per lo sviluppo del gioco e i sistemi incorporati.
• Compatibilità legacy: I progetti che comportano la manutenzione delle basi di codice C o C ++ esistenti beneficiano della compatibilità diretta di C ++ con C.
• Standard del settore in settori specifici: Molte industrie ad alte prestazioni, come lo sviluppo del gioco e i sistemi finanziari, fanno affidamento su C ++ a causa dei suoi track record e strumenti.