简介

数十年来，系统编程的世界一直由C++主导着。它因其高性能和灵活性而受到称赞。但是，近年来，出现了一个新的挑战者: Rust。这个由Mozilla开发的Rust因其安全性和性能而吹捧，在开发人员中越来越受欢迎。在这篇博客文章中，我将介绍Rust和C++之间的差异，重点介绍其性能，安全性和生态系统。

性能

系统编程最关键的方面之一是性能。 Rust和C++都在该领域发光，但它们以不同的方式实现高性能的特性。

C++一直是用于高性能计算的首选语言。它允许对系统资源（包括内存、硬件）进行细粒度的控制。但是，如果无法正确管理，这种控制的后果是可能的错误操作和未定义的行为，因此有一定的潜在风险。

而Rust提供了与C++相当的高性能和运行效率。最显著的区别在于，Rust试图在编译时确保安全，从而在不牺牲速度的情况下减少了潜在的运行时错误。在如下简单的阶乘运算的代码片段中：

• rust

fn factorial(n: u64) -> u64 {
    match n {
        0 => 1,
        _ => n * factorial(n-1),
    }
}

• C++

unsigned long long factorial(unsigned long long n) {
    return (n == 0) ? 1 : n * factorial(n - 1);
}

这些都是两种语言中阶乘功能的简单递归实现，测试中两种方式的性能几乎相近。

安全

安全是Rust设计的核心之一。 Rust的借用检查器在编译时执行保证记忆安全，从而防止了整个运行时错误。这包括NULL指针删除，数据竞赛和缓冲区溢出，这是系统编程中常见的问题, 参考以下生Rust代码片段：

fn main() {
    let mut data = vec![1, 2, 3, 4, 5];
    let y = &data[0];
    data.push(6); // This line will cause a compile-time error
    println!("{}", y);
}

在此示例中，Rust代码在编译时立即检查是否符合规范，提示无法引用该变量。直接在编译期间就能消除潜在的悬挂指针。

C++使用其自己的一套机制来解决安全性。例如，std ::数组和std :: vector加上智能指针和raii（资源获取时初始化）有助于管理内存和资源寿命。现代C++标准通过这些机制大大减轻了错误的可能性，请对比如下C++代码

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main(){
    std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5};
    int& y = data[0];
    std::cout << "y:" << y << endl;
    for(int i = 0; i < 0xffffff; i++){
        data.push_back(6);

        // 'y' could be a dangling reference if reallocation occurs
        if( y != 1){
            std::cout << "y:" << y << " i: " << i << endl;
            break;
        }
    }
    return 0;
}

在该片段代码中，C++编译器能直接编译通过，而不会有任何错误或警告提示。在实际中，该代码可能因为容器的重新分配导致内部索引重新被修改，如测试显示，如果使用C++则无法提前检测该风险。

因此尽管上面的C++代码在语法上是正确的，并且可能会按预期工作，但它缺乏与Rust提供的相同的严格编译保证。在C++中，开发人员依靠良好的经验和正确使用该语言功能来避免错误。编译器将不会提示容器的push操作，即使它可能导致重新分配的缓冲区和悬空原指针。

总而言之，尽管现代C++具有帮助确保记忆安全的机制，但Rust的方法根本不同。 Rust严格的编译时间安全检查旨在默认情况下执行记忆安全，从而减少了对开发人员个人经验的依赖。对于安全性至关重要的项目，例如并发，并行或嵌入式系统编程、金融交易系统，这一点尤其有吸引力。

生态

C++拥有一个庞大又丰富的生态系统，其中包含许多库，框架，丰富的教程和书籍、工具和大型开发人员社区。但是，高龄的语言意味着有许多过时的设计和零散的编码方式。现代C++（C++ 11及以后）改善了这一点，但对于新开发人员来说，这仍然是一个挑战。

Rust是一种较新的语言，尚未像C ++那样广泛的生态系统。但是，它正在迅速增长，官方库（称为“crate”）定期添加新的内容。 Rust生态系统因其高质量文档以及其软件包经理货物的集成而受到赞扬，cargo工具简化了依赖关系管理和构建流程。

此外，Rust有一个充满活力，热情的社区。在最近几年中，每年度Stack overflow开发人员的调查一中显示Rust是开发人员的“最爱”语言。

总结

尽管C++提供了无与伦比的控制效果和卓越性能，并受到一个庞大的成熟生态系统的支持，但它的缺陷是安全性的检测，而rust极度卓越的安全性能而又不会损害代码的性能，这将成为具有吸引力的选择。两者之间的选择，很大程度上取决于您项目的特定需求。 C++由于其可靠的性能和广泛的资源，是针对高性能应用的可靠选择。而Rust强调安全性，出色的项目管理和开发工具和快速增长的生态系统、优雅的文档系统，非常适合那些寻求最大程度地减少常见编程错误的现代语言的人。无论如何，两种语言都为高效，强大的应用提供了独特的功能，并且它们持续的演变将继续丰富系统编程。