در مقالات گذشته وب سایت آموزش برنامه نویسی صعود به معرفی و بررسی جدیدترین تکنولوژی ها و زبان های برنامه نویسی پرداختیم و ویژگی های هرکدام را یک به یک بیان کردیم. در این مقاله کارشناسان وب سایت آموزش برنامه نویسی صعود قصد دارند تا به معرفی و بررسی زبان برنامه Rust بپردازند و ویژگی ها و کاربرد آن را برای شما بیان کنند پس اگر شما قصد دارید تا همه چیز را در رابطه با موضوع Rust چیست؟ چرا زبان برنامه نویسی Rust اینقدر محبوب است؟ بدانید در این مقاله همراه گروه آموزش برنامه نویسی صعود باشید.

Rust برای اطمینان از عملکرد بالا مشابه آنچه توسط C و++C ارائه می شود، ساخته شده است. اما با تاکید بر ایمنی کد ایجاد شده که فقدان آن پاشنه آشیل این دو زبان است. با این حال، Rust چیزی بیش از ایمنی حافظه را در کنار خود دارد. کارایی بالا در هنگام پردازش حجم زیادی از داده ها، پشتیبانی از برنامه نویسی همزمان، و این به همراه یک کامپایلر موثر دیگر دلایلی است که باعث می شود نرم افزارهای معروف در حال حاضر از این زبان برنامه نویسی استفاده کنند. فایرفاکس، Dropbox، Cloudflare و بسیاری از شرکت‌های دیگر از استارت‌آپ‌ها تا شرکت‌های بزرگ از Rust در تولید و توسعه استفاده می‌کنند. در این مقاله، می‌توانید در مورد ویژگی‌های اصلی Rust، موارد استفاده از آن و اینکه چرا باید آن را برای پروژه‌های نرم‌افزاری خود استفاده کنید، اطلاعات بیشتری کسب کنید.

Rust چیست؟ چرا زبان برنامه نویسی Rust اینقدر محبوب است؟

محبوبیت رو به رشد Rust

طبق نظرسنجی توسعه دهندگان Stack Overflow 2021 که بین بیش از 80000 توسعه دهنده انجام شد، Rust محبوب ترین زبان برنامه نویسی است. و این عنوان را برای ششمین سال متوالی به دست آورد. در سال 2020، توسعه دهندگان هسته لینوکس پیشنهاد نوشتن کد جدید هسته لینوکس را در Rust دادند. جالب است بدانید که، آنها نمی خواستند کل هسته را که در ابتدا به زبان C نوشته شده بود، بازنویسی کنند، بلکه می خواستند کد جدیدی را در Rust اضافه کنند که با زیرساخت موجود کار کند. رقمی کمتر از لینوس توروالدز، پدر سیستم عامل متن باز لینوکس، از این ایده استقبال کرد و مشتاق دیدن نتایج پروژه است. این ایده در حال توسعه مداوم است. در حال حاضر، هنوز به عنوان آزمایشی توصیف می‌شود، اما «به اندازه کافی خوب است که توسعه‌دهندگان هسته می‌توانند کار بر روی Rust Abstractions برای زیرسیستم‌ها و نوشتن درایورها و سایر ماژول‌ها را شروع کنند».

علاوه بر این، گوگل پس از ارائه پشتیبانی از زبان برنامه نویسی سیستمی Rust به اندروید، قصد دارد از Rust در هسته لینوکس استفاده کند. هدف کل این عملیات کاهش نقایص امنیتی است. در همین حال، مایکروسافت برای کاهش باگ های مربوط به حافظه در اجزای ویندوز به Rust روی آورده است. همینطور فیس‌بوک روابط نزدیک‌ی با Rust به وجود آورده است و به بنیاد Rust پیوسته است، سازمانی که در سال 2021 برای توسعه Rust ایجاد شد و آن را به "زبان اصلی انتخابی برای برنامه‌نویسی سیستم‌ها و فراتر از آن" تبدیل کرد. فیس بوک به خدمات وب آمازون، گوگل، هوآوی، مایکروسافت و موزیلا در استفاده از Rust تا حدی می پیوندد. همه این‌ها نشانه‌های واضحی است که ثابت می کند Rust در چند سال گذشته مورد توجه قرار گرفته است. اما آیا این فقط یکی دیگر از فناوری های تبلیغاتی است که وعده های زیادی را می دهد، اما به زودی ناپدید می شود؟

زبان Rust چه ویژگی خاصی دارد؟

Rust یک زبان برنامه نویسی با تایپ(نوع) استاتیک است که برای عملکرد و ایمنی، به ویژه مدیریت همزمان ایمن و حافظه طراحی شده است. نحو آن شبیه به سی پلاس پلاس ++C است. این یک پروژه منبع باز Open Source است که در ابتدا در تحقیقات موزیلا Mozilla توسعه یافته است. در سال 2021، بنیاد Rust مشعل را در دست گرفته و توسعه زبان را هدایت می کند. Rust مشکلاتی را حل می کند که توسعه دهندگان /C++C برای مدت طولانی با آن دست و پنجه نرم می کردند: خطاهای حافظه و برنامه نویسی همزمان. این به عنوان مزیت اصلی Rust در نظر گرفته می شود. با این حال، اینها تنها نمونه هایی از تفاوت Rust با ++C نیستند.

Rust چیست؟ چرا زبان برنامه نویسی Rust اینقدر محبوب است؟

البته، می توان استدلال کرد که ++ C مدرن تاکید بیشتری بر ایمنی حافظه دارد (به عنوان مثال با پیاده سازی اشاره گرهای هوشمند)، اما بسیاری از مشکلات حل نشده باقی می مانند. یکی از آنها "استفاده از خطاهای رایگان" است، که زمانی اتفاق می افتد که یک برنامه پس از آزاد شدن از یک اشاره گر به استفاده از آن ادامه دهد. از سوی دیگر، در Rust، شما چک کننده قرض را دارید بخشی از کامپایلر که تضمین می‌کند منابع از داده‌هایی که به آنها ارجاع می‌دهند دوام نمی‌آورند. این ویژگی به شما کمک می کند تا باگ های نقض حافظه را از بین ببرید. چنین مشکلاتی در زمان کامپایل شناسایی می شوند و garbage collection غیر ضروری است. علاوه بر این، در Rust، هر مرجع یک عمر دارد، که در آن می توانید محدوده ای را که آن مرجع برای آن معتبر است را تعیین کنید. این ویژگی مشکل مراجعی را که دیگر معتبر نیستند حل می کند و همچنین Rust را از C و C++ متمایز می کند. اهمیت مدیریت صحیح حافظه بلافاصله آشکار می شود که متوجه می شوید در طول 12 سال گذشته حدود 70 درصد از تمام اشکالات امنیتی در محصولات مایکروسافت مسائل ایمنی حافظه بوده است. همین عدد برای گوگل کروم نیز گزارش شده است.

در Rust دو حالت کدنویسی وجود دارد: Safe Rust و Unsafe Rust. Safe Rust محدودیت‌های بیشتری را بر برنامه‌نویس اعمال می‌کند (مثلاً مدیریت مالکیت شی) و در نتیجه از عملکرد صحیح کد اطمینان می‌دهد. Unsafe Rust به برنامه‌نویس استقلال بیشتری می‌دهد (مثلاً می‌تواند روی نشانگرهای خام مانند: C کار کند)، اما ممکن است کد خراب شود. حالت ناامن Rust گزینه‌های بیشتری را باز می‌کند، اما باید مراقب باشید تا مطمئن شوید کد شما واقعاً ایمن است. برای انجام این کار، می‌توانید آن را در انتزاع‌های سطح بالاتر بپیچید که تضمین می‌کند همه استفاده‌های انتزاع ایمن هستند. مانند سایر زبان‌های برنامه‌نویسی، استفاده از کد ناامن باید با احتیاط مورد توجه قرار گیرد تا از رفتارهای تعریف‌نشده جلوگیری شود و خطر نقص‌ها و آسیب‌پذیری‌های ناشی از ناامنی حافظه به حداقل برسد. مدل دو حالته Rust یکی از بزرگترین مزیت های آن است. از سوی دیگر، در ++C، هرگز نمی‌دانید که کد ناامن نوشته‌اید تا زمانی که نرم‌افزار شما از کار بیفتد یا یک نقص امنیتی دوباره بروز کند.

برنامه نویسی همزمان آسان تر شد

Rust همچنین با جلوگیری از مسابقه داده ها در زمان کامپایل، نوشتن برنامه های همزمان را آسان تر می کند. مسابقه داده زمانی اتفاق می افتد که حداقل دو دستورالعمل مختلف از رشته های مختلف سعی می کنند به طور همزمان به یک مکان حافظه دسترسی پیدا کنند، در حالی که حداقل یکی از آنها در حال تلاش برای نوشتن چیزی است و هیچ هماهنگی وجود ندارد که بتواند نظم خاصی را بین دسترسی های مختلف تنظیم کند. دسترسی به حافظه بدون همگام سازی تعریف نشده است.

در Rust، مسابقه داده ها شناسایی می شوند. اگر دسترسی یک شی معین از رشته های زیادی پشتیبانی نمی کند (یعنی با یک ویژگی مناسب مشخص نشده است)، باید توسط یک mutex همگام شود که دسترسی به این شی خاص را برای رشته های دیگر قفل می کند. برای اطمینان از اینکه عملیات انجام شده روی یک شی، آن را خراب نمی کند، فقط یک رشته به آن دسترسی دارد.

از منظر رشته های دیگر، عملیات روی این جسم اتمی است، به این معنی که یک حالت مشاهده شده از جسم همیشه صحیح است و شما نمی توانید هیچ حالت میانی حاصل از عملیات انجام شده روی این جسم توسط نخ دیگری را مشاهده کنید. زبان Rust می تواند بررسی کند که آیا عملیات نادرستی روی چنین اشیایی انجام می دهیم یا خیر و در زمان کامپایل به ما اطلاع می دهد.

زبان‌های دیگر از روش‌های همگام‌سازی استفاده می‌کنند، اما آنها به اشیایی که به آنها اشاره می‌کنند مرتبط نیستند. این توسعه دهنده است که باید قبل از استفاده از شیء قفل شود. به عنوان مثال، در C، یک کامپایلر به توسعه دهنده اجازه می دهد تا کد باگ بنویسد. در نتیجه، زمانی که یک برنامه در حال تولید است، باگ‌ها شناسایی می‌شوند - یا حتی بدتر از آن، زمانی که شخصی در تلاش است آن را هک کند. در Rust lang، بسیاری از مشکلات مرتبط با برنامه نویسی همزمان (اگرچه نه همه) حل می شوند، زیرا بلافاصله در زمان کامپایل یافت می شوند.

Rust چیست؟ چرا زبان برنامه نویسی Rust اینقدر محبوب است؟

برخی از موانع برای غلبه بر هنگام برنامه نویسی در Rust

 Rust یک فناوری نسبتا جدید است، بنابراین ممکن است برخی از کتابخانه های مورد نظر هنوز در دسترس نباشند. با این حال، کتابخانه بسته Rust crates.io از سال 2016 به سرعت در حال رشد بوده است و جامعه پر جنب و جوش توسعه دهندگان Rust نوید خوبی برای توسعه بیشتر است. همچنین، برای توسعه‌دهندگانی که عادت به کار با زبانی ندارند که در آن خطاهای کد در زمان کامپایل شناسایی می‌شوند، ممکن است دریافت پیام‌های خطای زیاد آزاردهنده باشد. در نتیجه، توسعه کد به سرعت زبان‌های محبوب‌تر مانند پایتون نیست. با این حال، توسعه دهندگان Rust تمام تلاش خود را می کنند تا این پیام های خطا را تا حد امکان آموزنده و کاربردی کنند. حتی اگر ممکن است دریافت این همه پیغام خطا هنگام کد نویسی تا حدودی آزاردهنده باشد، روی تصویر بزرگتر تمرکز کنید. ایمنی حافظه اعمال شده در زمان کامپایل از بروز باگ ها و آسیب پذیری های امنیتی، زمانی که نرم افزار شما در حال تولید است، جلوگیری می کند. تصحیح آنها در این مرحله قطعاً برای شما هزینه اعصاب و هزینه خواهد داشت.

آخرین اما نه کم اهمیت، نوشتن کد Rust به تلاش بیشتری نیاز دارد، زیرا آستانه ورود بسیار بالا است. شما باید مدتی را صرف تسلط بر زبان کنید. دانش خوب ++C یا هر زبان برنامه نویسی شی گرا دیگر نیز مورد نیاز است. اما اگر همه این موانع را پشت سر بگذارید، مزایای استفاده از Rust بهترین پاداش برای تلاش شما خواهد بود. زنگ در حال حاضر یک فناوری بالغ است که در تولید استفاده می شود. به عنوان یک زبان برنامه نویسی سیستمی، به شما اجازه می دهد تا کنترل جزئیات سطح پایین را حفظ کنید. می‌توانید انتخاب کنید که داده‌ها روی پشته (برای تخصیص حافظه استاتیک استفاده می‌شود) یا روی پشته (برای تخصیص حافظه پویا) ذخیره شوند.

در اینجا ذکر RAII (دستیابی به منابع اولیه است)، یک اصطلاح کد است که عمدتاً با C++ مرتبط است، اما در Rust نیز وجود دارد: هر بار که یک شی از محدوده خارج می شود، تخریب کننده آن فراخوانی می شود و منابع متعلق به آن آزاد می شوند. . لازم نیست این کار را به صورت دستی انجام دهید و از اشکالات نشت منابع در امان هستید. این در نهایت اجازه می دهد تا از حافظه به طور موثر استفاده شود. Tilde از Rust در محصول Skylight خود استفاده کرد، به ویژه برای بازنویسی برخی از نقاط پایانی Java HTTP. این به آنها امکان داد تا میزان استفاده از حافظه خود را از 5 گیگابایت به 50 مگابایت کاهش دهند. از آنجایی که Rust به طور مداوم زباله جمع‌آوری ندارد، پروژه‌های آن می‌توانند به‌عنوان کتابخانه توسط زبان‌های برنامه‌نویسی دیگر از طریق رابط‌های تابع خارجی استفاده شوند. این یک سناریوی ایده آل برای پروژه های موجود است که در آن اطمینان از عملکرد بالا در عین حفظ ایمنی حافظه ضروری است. در چنین پروژه‌هایی، کد Rust می‌تواند جایگزین برخی از بخش‌های نرم‌افزار شود، جایی که عملکرد نقش مهمی دارد، بدون نیاز به بازنویسی کل محصول.

Rust یک زبان برنامه نویسی سطح پایین با دسترسی مستقیم به سخت افزار و حافظه است که آن را به یک راه حل عالی برای توسعه فلزی جاسازی شده و بدون فلز تبدیل می کند. می توانید از Rust برای نوشتن سیستم های عملیاتی یا برنامه های میکروکنترلر استفاده کنید. در واقع، تعدادی سیستم عامل به زبان Rust نوشته شده اند مانند: Redox، intermezzOS، QuiltOS، Rux و Tock. موزیلا، جایی که این زبان در ابتدا طراحی شده بود، از آن در موتورهای مرورگر خود استفاده می کند. عملکرد و ایمنی بالا ویژگی هایی است که Rust را برای دانشمندانی که شروع به استفاده از آن برای انجام تجزیه و تحلیل داده های سنگین کردند، بسیار جذاب کرده است. Rust بسیار سریع است و آن را به انتخابی ایده‌آل برای زیست‌شناسی محاسباتی و یادگیری ماشین تبدیل می‌کند، جایی که باید حجم زیادی از داده‌ها را خیلی سریع پردازش کنید. همچنین ما کارشناسان وب سایت آموزش برنامه نویسی صعود در حال آزمایش هستیم تا تعیین کنیم آیا Rust می‌تواند جایگزین C در سناریوهای شبکه‌ای شود که بازده داده بالا را فرا می‌خوانند. در PoC خود، یک برنامه کاربردی در Rust با استفاده از کتابخانه‌های DPDK (نوشته شده در C) برای اطمینان از عملکرد و در عین حال حفظ ایمنی حافظه ایجاد کردیم.

چرا باید از Rust استفاده کنیم

به طور خلاصه، دلایل اصلی پذیرش Rust در پروژه نرم افزاری بعدی شما عبارتند از:

  • عملکرد بالا در حالی که ایمنی حافظه را تضمین می کند.
  • پشتیبانی از برنامه نویسی همزمان
  • تعداد رو به رشد بسته های Rust در مخزن crates.io.
  • جامعه ای پر جنب و جوش که باعث توسعه زبان می شود.
  • سازگاری با عقب و ثبات تضمین شده است (Rust برای 40 سال آینده طراحی شده است).

 

نتیجه

Rust دارای عملکرد عالی، ابزار، و یک جامعه فعال در کنار خود است که به طور مداوم بر روی بهبود زبان کار می کند. علاوه بر این، اگر به راه حلی با تمرکز بیشتر بر ایمنی نسبت به C و++C نیاز دارید و نمی خواهید سرعت را به خطر بیندازید، Rust انتخاب خوبی برای شما است. اگر نگران هستید که Rust برای پروژه توسعه نرم افزار شما به اندازه کافی «بالغ» نباشد، مطمئن باشید که دیگر اینطور نیست. ده‌ها شرکت مانند Figma، 1Password یا Amazon قبلاً از Rust در کار توسعه خود استفاده کرده‌اند.

در این مقاله گروه آموزش برنامه نویسی صعود به معرفی و بررسی ویژگی ها و کاربرد های زبان برنامه نویسی Rust پرداختند و همینطور دلیل استفاده از آن مزایا و معایب و غیره را که مربوط به زبان برنامه نویسی Rust می شوند را بررسی کردند همچنین شما میتوانید سوالات، انتقادات و پیشنهادات خود را در رابطه با موضوع Rust چیست؟ چرا زبان برنامه نویسی Rust اینقدر محبوب است؟ از قسمت نظرات با کارشناسان ما در میان بگذارید. در صورت تمایل میتوانید صعود را در شبکه های اجتماعی تلگرام و اینستاگرام دنبال کنید.