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2022/10/30阅读:48主题:极简黑

Rust vs C++ 深度比较

Rust由于其强大的安全性受到大量关注,被认为C++在系统编程领域最强大的挑战者。本文从语言、框架等方面比较了两者的优缺点。原文: Rust vs C++: An in-depth language comparison

Rust和C++的比较是开发人员最近的热门话题,两者之间有许多相似之处,许多开发人员想知道哪一种更好(特别是对于系统编程)。

这两种语言都在系统开发领域竞争,与Python等对初学者更友好的语言相比,两者都有陡峭的学习曲线。

在选择某种编程语言时,应该考虑对于特定用例的效率和生产力。本指南将深入研究Rust和C++,比较两种语言的用途和优缺点。

概览:

  • 什么是Rust?
  • 什么是C++?
  • 技术比较
  • 框架
  • 游戏开发
  • 总结和结论

什么是Rust?

Rust是Mozilla开发的一种多范式编程语言,主要关注性能和安全性,以其高级的安全并发能力而闻名,语法类似于C++,但提供了更快的速度和内存安全性(不使用垃圾收集器)。

Rust最初是为Mozilla Firefox浏览器开发的,但其效率及优势吸引了许多C++开发人员,他们开始转而使用Rust(通常用于游戏开发)。

Rust在内存管理方面独具创新。例如,不允许空指针或野指针。由于其功能,Rust通常被用于构建设备驱动程序、嵌入式系统、游戏和操作系统,如BlogOS、Redox、RustOS、Rux、Tock。

Rust代码以其在测试前调试代码的速度和能力而闻名。例如,Rust可以帮助我们开发在运行时检查代码错误的程序。

Rust的显著特征
  • 内存管理
  • 内存安全
  • 所有权系统
  • 多范式
  • 速度和性能

Rust的Hello World:

fn main() {
println!("Hello World!");
}
-->
Hello World!

什么是C++?

C++是一种高级通用编译语言,已经存在了很长时间。由于其复杂的语法,C++代码通常用于需要高速、并发性的程序。C++以帮助开发者真正接近操作硬件而闻名。

C++是C语言的扩展,因此继承了许多相似之处,但更倾向于嵌入式软件和大型系统。

C++以其性能、健壮性和效率而闻名,提供了对系统及其内存的大量控制。C++是构建微软Windows等操作系统和电子游戏开发的主要语言,许多游戏开发框架都是用C++开发的。

C++还提供了丰富的标准库,称为标准模板库(Standard Template Library)。有了STL,从图形界面应用到桌面应用、3D图形和游戏,一切都很容易构建。

C++的显著特征
  • 面向对象
  • C++模板(STL)
  • 操作符重载
  • 继承
  • Lambda表达式

C++的Hello World:

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
  // your code goes here
  cout << "Hello World";
  return 0;
}
-->
Hello World

技术比较

那么,为什么要用Rust,或者为什么要用C++呢?如果两者都是高性能、开源、功能强大的,那么哪个是更好的选择呢?我们深入研究一下它们的技术组成部分。

从更高的角度来看,C++拥有更大的社区、更广泛的用例和更多框架,并且得到了所有软件公司的认可。另一方面,Rust在安全性、速度以及防止由于静态类型特性而导致的错误、不安全代码方面表现更好。

Rust在防止可能导致未定义行为的数据竞争方面做得很好,而C++做不到这一点,并有可能产生漏洞。

内存安全性

大多数系统级语言都不提供自动内存管理,因为垃圾收集等特性会降低性能。为了保持速度,C++牺牲了内存安全性,这是一个明显的缺点。

C++最近的更新有了一些新特性,如RAII(资源获取即初始化, Resource Acquisition is Initialization) ,以摆脱手动内存管理,但并没有解决底层的核心问题。

为了解决这一问题,Rust使用了一种所有权系统(system of ownership) ,该系统全面加强并提高了内存安全性,基本上消除了任何手动内存管理过程。Rust为内存管理过程提供了内置特性,而C++则将其留给了开发者。

指针

在计算机科学中,指针是存储内存地址的对象。换句话说,地址"指向"程序中的其他数据。智能指针是具有额外元数据和功能的数据结构。大多数高级和低级语言都有某种指针功能。

C++提供了可以像智能指针一样使用的类型std::shared_ptrstd::unique_ptr。Rust标准库中有几个智能指针,比如引用计数智能指针类型。

Rust和C++都以对象的形式大量使用智能指针(Rust中的String或C++中的std::string),并提供了许多有用的附加特性。

编译时间

C++和Rust的完整构建时间大致相同(取决于C++项目实现了多少个模板,模板越多越慢)。C++通常在增量编译方面做得更好。Rust的编译器以友好著称,提供了有用的错误消息和一流的工具。

易用性

大多数同时使用Rust和C++的人都说Rust更容易使用,因为它有定义良好的语义和防止不必要/未定义行为的能力。类似的,C++有如此多的特性,以至于要跟踪其发展很有挑战性。由于C++向开发者展示了底层工作原理,所以C程序员可以非常好的理解其功能。

框架和类库

尽管Rust比C++更年轻,但都提供了优秀的框架和库,不过C++库往往更通用一些。这里的区别在于,C++不是像Java、C#或JavaScript那样的框架驱动环境,因此这些框架并不会被广泛使用。

在Rust中,有几个提供了良好功能、安全性和健壮性代码的框架,例如:

  • Rocket: 用于提高安全性、速度和灵活性的Rust web框架。
  • Nickel: 用于开发具有明确验证规则、用户友好的信息流控制系统的Rust框架。
  • Azul: 基于Rust的即时模式GUI框架,用于开发桌面应用程序。

在库方面,C++主要是标准库[1],这是类和函数的集合,提供了几种通用容器、用于操作容器的函数、通用字符串和流(包括交互I/O和文件I/O)以及其他语言支持。

虚幻引擎是一个用C++编写游戏开发框架。

游戏开发

目前,C++是游戏开发的主要语言。大多数占据市场主导地位的游戏都是用C++编写的,而用C++编写的虚幻引擎(Unreal Engine)则是游戏开发的主要框架。

Rust也进入了游戏开发领域,但并不能提供与框架相同的功能。可以用Rust开发游戏,但要在这一领域与C++竞争还需要一些时间。随着越来越多的Rust开发者构建Rust生态系统,竞争可能会更加激烈。

所以,如果对游戏开发感兴趣,那就继续学习C++,但也要密切关注Rust,特别是现在Rust基金会创建了之后。

用户界面

尽管C++和Rust都不是UI开发的首选,不过UI开发仍然是比较两者的流行领域,他们的表现如何呢?

C++提供了GTKmm,这是GTK+ C库的现代接口。Rust提供了Azul,就是上面提到的开源即时模式GUI框架,这一框架更新更现代,拥有活跃的社区。

总结和结论

那么,哪个更好呢?两种编程语言都有各自独特的优点和缺点。

  • 就社区支持而言,C++更好。如果需要可靠的、受良好支持的、具有强大库的语言,C++是个不错的选择,游戏开发也应该使用C++。
  • Rust对于内存安全和并发性的支持更好,也更容易学习和使用。如果希望代码非常安全并避免内存泄漏,那么Rust是正确的选择。

最后,你应该选择让你觉得舒服的语言。选择Rust或C++都不会让项目失败,两种语言都是可靠的、广泛使用的、公认的语言,都可以完成工作。

你好,我是俞凡,在Motorola做过研发,现在在Mavenir做技术工作,对通信、网络、后端架构、云原生、DevOps、CICD、区块链、AI等技术始终保持着浓厚的兴趣,平时喜欢阅读、思考,相信持续学习、终身成长,欢迎一起交流学习。
微信公众号:DeepNoMind

参考资料

[1]

C++标准库: https://www.educative.io/blog/so-you-know-c-now-its-time-to-learn-the-standard-library?eid=5082902844932096

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