Прекрасные конечные автоматы на Rust

оригинал: Andrew 'hoverbear' Hobden • перевод: Илья Богданов • обучение • поддержите на Patreon

teaser

Последнее время я много размышлял о шаблонах проектирования и приёмах, которые мы используем в программировании. Это и в самом деле прекрасно — начать исследовать проект и видеть знакомые шаблоны и стили, которые ты уже не раз встречал. Это облегчает понимание проекта и даёт возможность ускорить работу.

Иногда ты работаешь над новым проектом и понимаешь, что тебе нужно сделать что-то также, как ты делал это в прошлом проекте. Это может быть не часть функционала или библиотека, это может быть то, что нельзя обернуть в изящный макрос или маленький контейнер. Это может быть просто шаблон проектирования или структурная концепция, которые хорошо решают проблему.

Один интересный шаблон, часто применяемый к таким проблемам — «Конечный автомат». Предлагаю потратить немного времени, чтобы понять, что именно имеется ввиду под этим словосочетанием, и почему же это так интересно.

Графическое описание владения и заимствования в Rust

оригинал: Phil Ruffwind • перевод: Шерзод Муталов • обучение • поддержите на Patreon

Ниже представлено графическое описание перемещения, копирования и заимствования в языке программирования Rust. В основном, эти понятия специфичны только для Rust и часто являются камнем преткновения для новичков.

Чтобы избежать путаницы, я попытался свести текст к минимуму. Данная заметка не является заменой различных учебных руководств, и лишь сделана для тех, кто считает, что визуально информация воспринимается легче. Если вы только начали изучать Rust и считаете данные графики полезными, то я бы порекомендовал вам отмечать свой код похожими схемами для лучшего закрепления понятий.

Схема

Числа Пеано на системе типов Rust

• Fedor Logachev • обучение • поддержите на Patreon

Реализация арифметики натуральных чисел с помощью чисел Пеано — популярная задача в обучение программированию. Мне было интересно, можно ли реализовать их на Rust.

Таким образом моя задача: записать и сложить натуральные числа с проверкой на уровне типов.

Если верить википедии «Аксио́мы Пеа́но — одна из систем аксиом для натуральных чисел, введённая в XIX веке итальянским математиком Джузеппе Пеано.»

Нас интересуют две из них — с помощью которых можно ввести и использовать натуральные числа:

  • 1 является натуральным числом
  • Число, следующее за натуральным, тоже является натуральным.

Дословно запишем на rust с помощью:

enum Nat {
  Zero,
  Succ(Nat)
}

Nat — это либо ноль, либо следующее натуральное число.

futures-rs: асинхронщина на Rust

оригинал: Alex Crichton • перевод: Арсен Галимов • обучение • поддержите на Patreon

Замечание: проект futures-rs был реорганизован и многие вещи были переименованы. Где возможно, ссылки были обновлены.

Начинаем работу с futures

Этот документ поможет вам изучить контейнер для языка программирования Rust — futures, который обеспечивает реализацию futures и потоков с нулевой стоимостью. Futures доступны во многих других языках программирования, таких как C++, Java, и Scala, и контейнер futures черпает вдохновение из библиотек этих языков. Однако он отличается эргономичностью, а также придерживается философии абстракций с нулевой стоимостью, присущей Rust, а именно: для создания и композиции futures не требуется выделений памяти, а для Task, управляющего ими, нужна только одна аллокация. Futures должны стать основой асинхронного компонуемого высокопроизводительного ввода/вывода в Rust, и ранние замеры производительности показывают, что простой HTTP сервер, построенный на futures, действительно быстр.

Эта документация разделена на несколько разделов:

  • «Здравствуй, мир!»;
  • типаж future;
  • типаж Stream;
  • конкретные futures и поток (Stream);
  • возвращение futures;
  • Task и future;
  • локальные данные задачи.

Futures нулевой стоимости в Rust

оригинал: Aaron Turon • перевод: Сергей Ефремов • обучение • поддержите на Patreon

Замечание: проект futures-rs был реорганизован и многие вещи были переименованы. Где возможно, ссылки были обновлены.

Одним из основных пробелов в экосистеме Rust был быстрый и эффективный асинхронный ввод/вывод. У нас есть прочный фундамент из библиотеки mio, но она очень низкоуровневая: приходится вручную создавать конечные автоматы и жонглировать обратными вызовами.

Нам бы хотелось чего-нибудь более высокоуровневого, с лучшей эргономикой, но чтобы оно обладало хорошей компонуемостью, поддерживая экосистему асинхронных абстракций, работающих вместе. Звучит очень знакомо: ту же цель преследовало внедрение futures (или promises) во многие языки, поддерживающие синтаксический сахар в виде async/await на вершине.

Мифы и легенды о переполнении целых чисел в Rust

оригинал: Huon Wilson • перевод: Станислав Ткач • обучение • поддержите на Patreon

Примитивные целочисленные типы, поддерживаемые процессорами, являются ограниченным приближением к бесконечному набору целых чисел, которыми мы привыкли оперировать в реальной жизни. Это ограниченное представление не всегда совпадает с «реальными» числами, например 255_u8 + 1 == 0. Зачастую программист забывает об этой разнице, что легко может приводить к багам.

Rust — это язык программирования, целью которого является защита от багов, он фокусируется на предотвращении наиболее коварных из них — ошибок работы с памятью, но также старается помочь программисту избежать остальных проблем: утечек памяти, игнорирования ошибок и, как мы увидим, переполнения целых чисел.

Введение в Iron

• Арсен Галимов aka «Loo Maclin» • обучение • поддержите на Patreon

Немного об Iron

Iron — это высокоуровневый веб-фреймворк, написанный на языке программирования Rust и построенный на базе другой небезызвестной библиотеки hyper. Iron разработан таким образом, чтобы пользоваться всеми преимуществами, которые нам предоставляет Rust. Iron старается избегать блокирующих операций в своём ядре.

Философия

Iron построен на принципе расширяемости настолько, насколько это возможно. Он вводит понятия для расширения собственного функционала:

  • «промежуточные» типажи — используются для реализации сквозного функционала в обработке запросов;
  • модификаторы — используются для изменения запросов и ответов наиболее эргономичным способом.

С базовой частью модификаторов и промежуточных типажей вы познакомитесь в ходе статьи.

Создание проекта

Для начала создадим проект с помощью Cargo, используя команду:

cargo new rust-iron-tutorial --bin

Большие бинари в моем Rust? (Why is a Rust executable large?)

оригинал: lifthrasiir • перевод: kitsu • обучение • поддержите на Patreon

Это статья — перевод статьи Why is a Rust executable large?

Большие бинари в моем Rust?

Бороздя просторы интернета вы наверняка уже успели услышать про Rust. После всех красноречивых отзывов и расхваливаний вы, конечно же, не смогли не потрогать это чудо. Первая программа выглядела не иначе как:

fn main() {
    println!("Hello, world!");
}

Скомпилировав получим соответствующий исполняемый файл:

$ rustc hello.rs
$ du -h hello
632K hello

632 килобайт для простого принта?! Rust позиционируется как системный язык, который имеет потенциал для замены C/C++, верно? Так почему бы не проверить аналогичную программу на ближайшем конкуренте?

От & str к Cow

оригинал: Joe Wilm • перевод: Алексей Сидоров • обучение • поддержите на Patreon

Эта статья — перевод статьи From & str to Cow за авторством Joe Wilm

От & str к Cow

Одной из первых вещей, которые я написал на Rust’е была структура с &str полем. Как вы понимаете, анализатор заимствований не позволял мне сделать множество вещей с ней и сильно ограничивал выразительность моих API. Эта статья нацелена на демонстрацию проблем, возникающих при хранении сырых & str ссылок в полях структур и путей их решения. В процессе я собираюсь показать некоторое промежуточное API, которое увеличивает удобство пользования такими структурами, но при этом снижает эффективность генерируемого кода. В конце я хочу предоставить реализацию, которая будет одновременно и выразительной и высокоэффективной.

Lock-free без сборки мусора

оригинал: Aaron Turon • перевод: Сергей Ефремов • обучение • поддержите на Patreon

Это перевод статьи.

В нашей среде широко распространена мысль о том, что одним из преимуществ сборщика мусора является простота разработки высоко-производительных lock-free структур данных. Ручное управление памятью в них сделать не просто, а GC с лёгкостью решает эту проблему.

Этот пост покажет, что, используя Rust, можно построить API управления памятью для конкурентных структур данных, которое:

  • Сделает возможным реализацию lock-free структуры данных, как это делает GC;
  • Создаст статическую защиту от неправильного использования схемы управления памятью;
  • Будет иметь сравнимые с GC накладные расходы (и более предсказуемые).

В тестах, которые я покажу ниже, Rust легко превосходит реализации lock-free очередей в Java, а саму реализацию на Rust легко написать.

Я реализовал схему управления памятью, основанную на эпохах («epoch-based memory reclamation») в новой библиотеке Crossbeam, которая на сегодняшний день готова к использованию с вашими структурами данных. В этом посте я расскажу о lock-free структурах данных, алгоритме эпох и внутреннем API Rust.

Утечки не нарушают безопасность памяти

оригинал: Huon Wilson • перевод: Станислав Ткач • обучение • поддержите на Patreon

Ошибки доступа к памяти и утечки памяти представляют собой две категории ошибок, которые привлекают больше всего внимания, так что на предотвращение или хотя бы уменьшение их количества направлено много усилий. Хотя их название и предполагает схожесть, однако они в некотором роде диаметрально противоположны и решение одной из проблем не избавляет нас от второй. Широкое распространение управляемых языков подтверждает эту идею: они предотвращают некоторые ошибки доступа к памяти, беря на себя работу по освобождению памяти.

Проще говоря: нарушение доступа к памяти — это какие-то действия с некорректными данными, а утечка памяти — это отсутствие определённых действий с корректными данными. В табличной форме:

                    Корректные данные     Некорректные данные
Используются        OK                    Ошибка доступа к памяти
Не используются     Утечка памяти         OK

Rust через его основополагающие принципы

оригинал: Ian Whitney • перевод: Станислав Ткач • обучение • поддержите на Patreon

У меня есть несколько мыслей об изучении языков программирования.

Во-первых, мы подходим к этому неправильно. Я уверен, что вы испытывали такие же ощущения. Вы пытаетесь изучить новый язык и не совсем понимаете, как в нём всё устроено. Почему в одном месте используется один синтаксис, а в другом другой? Все эти странности раздражают, и в итоге мы возвращаемся к привычному языку.

Я считаю, что наше восприятие языков играет с нами злую шутку. Вспомните, как вы последний раз обсуждали новый язык. Кто-то упомянул о нём, а кто-то другой поинтересовался его скоростью, синтаксисом или имеющимся веб-фреймворком.

Это очень похоже на обсуждение автомобилей. Слышали о новом УАЗ Рыбак? Насколько он быстр? Смогу ли я проехать на нём через озеро?

Когда мы похожим образом говорим о языках, то подразумеваем, что они взаимозаменяемы. Как машины. Если я знаю, как управлять Ладой Саранск, значит смогу вести и УАЗ Рыбак без каких-либо проблем. Разница только в скорости и приборной панели, не так ли?

Но представьте, как будет выглядеть PHP-автомобиль. А теперь вообразите, насколько будет отличаться автомобиль Lisp. Пересесть с одного на другой потребует гораздо большего, чем усвоить, какая кнопка управляет отоплением.

Работа с С-объединениями (union) в Rust FFI

оригинал: Herman J. Radtke III • перевод: Станислав Ткач • обучение • поддержите на Patreon

Примечание: Эта статья предполагает, что читатель знаком с Rust FFI (перевод), порядком байтов (endianess) и ioctl.

При создании биндингов к коду на С мы неизбежно столкнёмся со структурой, которая содержит в себе объединение. В Rust отсутствует встроенная поддержка объединений, так что нам придётся выработать стратегию самостоятельно. В С объединение — это тип, который хранит разные типы данных в одной области памяти. Существует много причин, по которым можно отдать предпочтение объединению, такие как: преобразование между бинарными представлениями целых чисел и чисел с плавающей точкой, реализация псевдо-полиморфизма и прямой доступ к битам. Я сфокусируюсь на псевдо-полиморфизме.

Святая Корова! (Holy std: borrow: Cow!)

оригинал: llogic • перевод: Сергей Ефремов • обучение • поддержите на Patreon

На днях я участвовал в обсуждении на reddit того, насколько трудны на самом деле времена жизни. При работе над clippy мне не приходилось до этого времени иметь с ними дела, потому что всем, чем мы пользовались, владел компилятор, особого мнения на этот счёт у меня не было, и тут The_Doculope заявил:

Есть места, в которых опускание времён жизни может укусить нас за задницу.

(/u/The_Doculope на /r/rust)

Честно говоря, я был шокирован!

И вот я, благодарный опусканию времени жизни за то, что освободило меня от лишних переживаний, только что узнал, что оно может укусить меня за задницу. Я начал параноить.; -P

(я на /r/rust)

Сразу после написания этого, мне попалась строка в исходном коде clippy, которой я был не очень доволен, потому что в ней происходило клонирование строки (с помощью .to_string()! богохульство!) просто для использования ее в &format(…). Итак, происходило это в Result<String, …>::unpack_or(…), поэтому сначала я попытался дать обладаемой строке такое же время жизни, как и у полученной, без особого смысла.

Увы, все было напрасно. я не мог дать обладаемой строке то же время жизни, что и у заимствованной у компилятора, на что компилятор мне недвусмысленно намекал.

Я избавлю вас от этих покрытых моей кровью сообщений об ошибках, потому что убеждён — если вы писали код на Rust, вы их знаете наизусть, и, даже наоборот, на самом деле все было не так уж и плохо, потому что, к счастью, я вспомнил такой удобный std::borrow::Cow, а уж переписать сниппет с ним (и std::convert::From) было раз плюнуть. Я даже создал fn для его повторного использования, таким образом, так я официально написал свой первый метод, аннотированный временем жизни. [ДОСТИЖЕНИЕ ОТКРЫТО]

Святая Корова! — Продолжение (Holy std: borrow: Cow! — Redux)

оригинал: llogic • перевод: Сергей Ефремов • обучение • поддержите на Patreon

Последний раз я использовал очень полезный Cow, чтобы разобраться с тем, нужно ли клонировать str или просто заимствовать ее. Это было моё первое применение аннотаций времён жизни, и это было явно похоже на достижение.: -)

На /r/rust, пользователь Artemciy спросил меня очень хороший вопрос

[…] Как это работает? Похоже на какую-то магию. Имею ввиду, как String становится str?

А также предложил свой вариант ответа:

P. S. Похоже, что в String есть реализация IntoCow’, которая преобразует ее в str, но если посмотреть на эту реализацию — опять какая-то магия. Может String в тайне является str?

(выделено мной)

Хороший вопрос. На самом деле, наверное, вы бы хотели прочитать про обмен догадками, озарение, исследования, неправильные решения и драму в интернете. Но увы! У кого есть на это время? Поэтому попытаюсь донести всю суть от начала и до конца.

Как пользоваться типажами From и Into

оригинал: llogic • перевод: Сергей Ефремов • обучение • поддержите на Patreon

(Эта статья написана для Rust 1.4, и код по-прежнему работает в 1.7 без изменений)

Пришло время поговорить про типажи From и Into (и некоторые с ними связанные) и задать вопрос, где и когда их использовать. Заметьте, что есть ещё специфические типажи (например, IntoIterator) и более конкретные их варианты (например, FromStr); надо быть в курсе всего этого при написании кода на Rust.

Отладка приложений на Rust с помощью GDB

• Александр Яшкин • обучение • поддержите на Patreon

Введение

По мотивам статьи Михаэля Петерсона, которую мы переработали и сделали актуальной на данный момент.

В этой статье мы рассмотрим, как можно использовать отладчик GDB с программами на Rust. Для этого я использую:

$ rustc -V
rustc 1.7.0 (a5d1e7a59 2016-02-29)

$ gdb --version
GNU gdb (GDB) 7.11

Перед тем, как мы начнём, хочу сказать, что я не эксперт в отладчике GDB и я ещё только изучаю Rust. С помощью таких статей я веду как бы конспект для себя. Приветствую любые замечания и советы по поводу содержания этой статьи в комментариях.

Время жизни в Rust (Часть 2)

• Александр Яшкин • обучение • поддержите на Patreon

Введение

В первой части мы рассмотрели простой пример работы времени жизни в Rust. В этой части мы рассмотрим пример с более сложным использованием времени жизни. Попробуем в экземпляре структуры хранить ссылку на экземпляр другой структуры.

Постановка задачи

Мы создадим структуру Customer, описывающую покупателя, который должен владеть экземпляром структуры Car. Покупатель будет иметь возможность покупать, продавать и обмениваться с другими покупателями автомобилями.

Время жизни в Rust (Часть 1)

• Александр Яшкин • обучение • поддержите на Patreon

Введение

В этом цикле статей я хочу рассказать вам о времени жизни в Rust. Эта тема очень трудна для понимания для тех, кто только начал изучать Rust. Первое время идёт борьба с компилятором и недопонимание, но опыт приходит со временем. Мы рассмотрим то, как работает время жизни в Rust на практических примерах.

Постановка задачи

Мы будем разрабатывать структуру с именем Logger, которая будет хранить в себе текстовые данные и предоставляющая доступ к своим данным только для чтения.