Rust代码结构与并发编程入门

### Rust 代码结构与并发编程入门 #### 1. Rust 代码结构基础 在 Rust 中，Cargo 是一个强大的工具，它可以帮助我们完成基本应用程序的构建、文档编写、编译和运行等一系列操作。通过几行代码，我们就能在一个文件中管理所有的功能、文档和依赖，大大加快了开发流程。再结合严格且实用的编译器，Rust 在管理复杂项目时表现出色。 以下是一些常见问题及解答： 1. **代码文档编写**：在构建结构体和函数时，我们的文档字符串可以支持 Markdown。这样我们就能详细记录结构体或函数的实现方式。如果使用 Visual Studio Code，只需将鼠标悬停在函数或结构体上，就能显示文档，提高开发效率。 2. **模块隔离的重要性**：将模块限制在单一概念上可以增加应用程序的灵活性，方便我们根据需要随时调整模块。 3. **保持模块隔离优势的方法**：要保持模块的隔离性，需要确保模块的接口不变。这样，我们可以在不改变应用程序其他部分的情况下修改模块内部的逻辑。如果删除模块，只需在整个应用程序中查找接口的实现，而不是模块中所有函数和结构体的实现。 4. **依赖管理**：我们在 `Cargo.toml` 文件中管理依赖。运行 `Cargo` 时，它会在编译前安装所需的依赖。 5. **处理 `match` 表达式中的所有结果**：当 `match` 表达式理论上有无限个结果时，我们可以在表达式末尾使用 `_` 模式来捕获未匹配的结果，并执行相应的代码。 6. **结构体的外部访问**：如果在 `some_file/some_struct.rs` 文件中有一个名为 `SomeStruct` 的结构体，要使其在所在目录之外可用，可以在 `some_file/mod.rs` 文件中写入 `pub mod some_struct;`。 7. **限制结构体的访问范围**：如果想让 `SomeStruct` 仅在 `some_file/` 目录内可用，可以在 `some_file/mod.rs` 文件中写入 `mod some_struct;`。 8. **在其他文件中访问结构体**：在 `some_file/another_struct.rs` 文件中，可以通过 `use super::some_struct::SomeStruct;` 来访问 `SomeStruct`。 #### 2. 并发编程简介 随着摩尔定律逐渐失效，我们需要寻找其他方法来加速处理。并发编程应运而生，它本质上是同时运行多个计算任务。理解并发编程的基础知识并知道何时使用它，可以为我们提供一个加速计算的有效工具。 线程和进程是将程序拆分为同时运行的计算任务的方式。下面我们先介绍线程。 线程是可以独立处理和管理的最小计算单元，用于将程序拆分为可以同时运行的计算部分。需要注意的是，线程可以不按顺序运行，这引出了并发和并行的重要区别： - **并发**：同时运行和管理多个计算任务，控制流是非确定性的。 - **并行**：同时运行多个计算任务，控制流是确定性的。 线程共享内存和处理能力等资源，但也会相互阻塞。例如，一个需要持续处理能力的线程会阻塞其他线程。不过，在 Rust 中，线程可以在不同的 CPU 核心上执行，通常不会相互阻塞。 在输入/输出（I/O）密集型任务中，线程可以发挥很大的作用。因为这类任务存在空闲时间，利用线程进行多个服务器调用可以加快处理速度。而进程则适用于 CPU 和 I/O 密集型任务，下面我们来了解一下进程。 进程的创建成本比线程高，一个进程可以容纳多个线程。进程通常是独立的，不共享内存，而且上下文切换的成本较高。上下文切换是指存储进程（或线程）的状态，以便在后续恢复和继续执行。例如，在等待 API 响应时，可以保存状态，让其他进程或线程继续运行。 #### 3. 线程的基本异步编程 要使用线程，我们需要能够启动线程、让它们运行，并在运行结束后将它们合并。以下是 Python 和 Rust 中线程编程的示例。 ##### Python 线程示例 ```python from threading import Thread from time import sleep from typing import Optional class ExampleThread(Thread): def __init__(self, seconds: int, name: str) -> None: super().__init__() self.seconds: int = seconds self.name: str = name self._return: Optional[int] = None def run(self) -> None: print(f"thread {self.name} is running") sleep(self.seconds) print(f"thread {self.name} has finished") ```