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也許這篇文章可以消除你對(duì) Rust 的諸多誤解。

背景

Rustacean 是對(duì)Rust 編程語(yǔ)言[1]的用戶的稱呼。所以，「Rustacean 原則」可以看作是 Rust 官方團(tuán)隊(duì)站在 Rust 語(yǔ)言用戶角度上創(chuàng)造 Rust 語(yǔ)言時(shí)所參考的原則。

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Rustacean 是 Rust +? crustacean 的混合詞。crustacean 是指甲殼綱動(dòng)物，所以 Rust 社區(qū)將螃蟹作為 Rust 語(yǔ)言的吉祥物，稱之為 Ferris，中文叫摩天蟹。值得明確的是，該吉祥物并非 Rust 官方指定的，最初由 Karen 在 rustacean.net[2] 網(wǎng)站公布了 Ferris 的概念藝術(shù)圖。

Rustacean 原則是由 Rust 語(yǔ)言團(tuán)隊(duì) Leader Niko 在 2021 年所發(fā)起的項(xiàng)目[3]，這個(gè)項(xiàng)目試圖列舉支配 Rust 設(shè)計(jì)和社區(qū)運(yùn)作方式的原則。Niko 說(shuō)，這些原則并非代表 Rust 官方而發(fā)布，只是他自己的觀點(diǎn)。建立原則的重點(diǎn)在于嘗試更好地發(fā)展原則并且在團(tuán)隊(duì)中使用。

雖然這些是實(shí)驗(yàn)性原則，但該原則在 Rust 官方內(nèi)部經(jīng)過(guò)一致性的討論和認(rèn)可。從 Niko 今天發(fā)布的最新博客Rust 異步trait Part8[4] 和 談 “Rust 之魂”[5] 中也看得出來(lái)，該原則應(yīng)該已經(jīng)在使用了。

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去年的時(shí)候，因?yàn)?Niko 這篇 Rust 原則的文章還引發(fā)了社區(qū)的一些爭(zhēng)議。（前）Rust 核心團(tuán)隊(duì)成員 Steve Klabnik 認(rèn)為 Niko 這篇原則是以亞馬遜原則為藍(lán)本的，所以暗示亞馬遜在某種程度上對(duì)Rust的開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)。亞馬遜雇傭了多名Rust維護(hù)者和貢獻(xiàn)者，但它只是眾多有員工參與的公司之一。Rust庫(kù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Mara Bos的觀點(diǎn)卻與之相反，她認(rèn)為Steve的觀點(diǎn)“簡(jiǎn)直是胡說(shuō)八道”。事情經(jīng)過(guò)一年回頭再看原則的這些內(nèi)容，其實(shí)也沒(méi)有 Steve Klabnik 說(shuō)的那么離譜，Rust 原則的內(nèi)容確實(shí)對(duì) Rust Project 開(kāi)發(fā)和貢獻(xiàn)有指導(dǎo)作用，讓大家知道力往哪里使。

今天打算寫這篇文章，和讀者朋友們一起學(xué)習(xí)一下 Rust 語(yǔ)言創(chuàng)造過(guò)程背后所遵循的原則，進(jìn)一步理解 Rust 的設(shè)計(jì)哲學(xué)。值得說(shuō)明的是，Rustacean 原則的大部分詳細(xì)內(nèi)容 Niko 并沒(méi)有寫完，所以這里有很多細(xì)節(jié)內(nèi)容是由我來(lái)補(bǔ)充的。

Rustacean 原則概要

Rustacean 原則主要分為兩部分內(nèi)容：

Rust 語(yǔ)言如何為用戶賦能，代表 Rust 和 用戶的契約

Rust 社區(qū)如何治理才能更貼近 Rustacean ，代表Rust 團(tuán)隊(duì)成員和貢獻(xiàn)者之間的一種“契約”。

這份原則總的來(lái)說(shuō)，是為 Rust 的總體目標(biāo)服務(wù)的。Rust 的總體目標(biāo)是：成為一門賦予每個(gè)人構(gòu)建可靠且高效軟件能力的語(yǔ)言。

Rust 如何為用戶賦能

這部分原則內(nèi)容包括：

可靠性（ Reliable）。如果它編譯，它就可以工作。

高性能（ Performant）。既高效執(zhí)行又使用最少內(nèi)存。

支持性（ Supportive）。語(yǔ)言、工具和社區(qū)隨時(shí)為用戶提供幫助。

生產(chǎn)力（ Productive）。讓工作事半功倍。

透明性（ Transparent）。讓用戶可以預(yù)測(cè)和控制底層細(xì)節(jié)。

多樣性（ Versatile）。你可以用 Rust 做任何事。

Niko 所說(shuō)的 “Rust 之魂”正是指 Rust 團(tuán)隊(duì)在這幾個(gè)關(guān)鍵原則之間的斗爭(zhēng)——尤其是生產(chǎn)力、多樣性與透明性之間的權(quán)衡。

可靠性

具體而言，可靠性意味著要保證安全的 Rust 代碼可以避免未定義行為。類型安全是可靠性的關(guān)鍵要素。類型安全不是一種口頭建議，而是靠編譯器來(lái)管理。但是類型安全會(huì)增加語(yǔ)言的復(fù)雜性，讓 Rust 的學(xué)習(xí)變得更加困難。為此，Rust 團(tuán)隊(duì)在錯(cuò)誤信息和文檔上非常努力，以便減輕這種復(fù)雜性帶來(lái)的學(xué)習(xí)成本。正是因?yàn)檫@些成本，Rust 團(tuán)隊(duì)才對(duì)Rust的類型系統(tǒng)試圖實(shí)現(xiàn)的東西施加了一些限制。

比如，對(duì)某些類型的錯(cuò)誤條件采用了運(yùn)行時(shí)檢查。并不試圖證明索引在范圍內(nèi)，而是檢查像vec[i]這樣的表達(dá)式，以確保i < vec.len()。在編譯時(shí)證明 i< vec.len() 會(huì)增加類型系統(tǒng)的復(fù)雜性，所以團(tuán)隊(duì)選擇不這么做，盡管這樣會(huì)損失一些可靠性，但是增加了生產(chǎn)力。

再比如，允許用戶使用 Unsafe 代碼逃離類型系統(tǒng)的復(fù)雜性。比如，Safe Rust 不能表達(dá)雙向鏈表，但可以用 Unsafe Rust 來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，也希望用戶能夠封裝（安全抽象）他們的 Unsafe 代碼，向整個(gè)世界展示一個(gè)安全的界面。這與 Unsafe 代碼作者的生產(chǎn)力感覺(jué)相悖（考慮如何封裝東西更復(fù)雜），但對(duì)世界其他地方的可靠性卻有很大好處。

另一方面，Rust不隱藏錯(cuò)誤條件，并鼓勵(lì)明確列出所有的可能性（或承認(rèn)某些東西被忽略）。比如，Rust 要求用戶提供詳盡的 match 匹配分支，逼迫用戶去考慮所有情況。這樣做有助于提升 Rust 代碼的可靠性，但這是以降低用戶的生產(chǎn)力為代價(jià)的。所以，這是一個(gè)權(quán)衡。

錯(cuò)誤處理就是一個(gè)很好的權(quán)衡案例。編程語(yǔ)言歷史長(zhǎng)久以來(lái)，錯(cuò)誤處理一般是使用異常。異常處理對(duì)用戶而言，提升了生產(chǎn)力。但是異常隱藏了控制流，用戶很難進(jìn)行推理，在實(shí)踐中充滿了問(wèn)題，對(duì)可靠性極大的不利。而Rust采用了函數(shù)式語(yǔ)言中首創(chuàng)的返回枚舉的方法，讓用戶強(qiáng)制考慮錯(cuò)誤處理的方式，這有助于可靠性。其后又引入了?操作符，讓用戶更方便地傳播錯(cuò)誤，是生產(chǎn)力的提升，同時(shí)確保錯(cuò)誤路徑對(duì)用戶來(lái)說(shuō)仍然是可見(jiàn)的，不會(huì)被完全忽略。

高性能

Rust 借鑒了 C++ 社區(qū)的零成本抽象概念。Cpp 之父 Bjarne 將零成本抽象定義為：“What you don't use, you don't pay for. And further: What you do use, you couldn't hand code any better”。零成本抽象意味著，用戶可以使用語(yǔ)言提供的高級(jí)抽象能力編寫代碼，而編譯器則會(huì)通過(guò)優(yōu)化為開(kāi)發(fā)者生成高性能的代碼，進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，就是將多余無(wú)用的代碼優(yōu)化掉，將有用的代碼優(yōu)化得更加高效。

（圖片來(lái)自于 2021 年Rust Dublin的輕talk： Zero Cost Abstractions[6]）

這份性能測(cè)試并非要踩 C#/Java 語(yǔ)言，只是為了突出 Rust 的零成本抽象能力的性能。你可以看到，Rust 提供了非常優(yōu)雅且和Java/C# 等同的高級(jí)迭代器抽象，而不會(huì)影響代碼的性能。

這也是被很多人誤會(huì)的一點(diǎn)，他們認(rèn)為 Rust 宣傳的零成本抽象是百分之百的。但實(shí)際上想要保證百分之百零成本抽象是非常困難的，Rust 在這一方面也充滿了權(quán)衡。

Rust 的開(kāi)發(fā)者認(rèn)為，零成本抽象，不僅僅是追求零成本和最佳性能，還更應(yīng)該著重改善用戶體驗(yàn)，因?yàn)檫@就是抽象的意義所在。Rust 語(yǔ)言中的達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的零成本抽象特性只有少數(shù)的幾個(gè)，這些由 withoutboats 在他的博客中[7]列了出來(lái)：

Rust 所有權(quán)和借用機(jī)制。在沒(méi)有垃圾收集器的情況下保證內(nèi)存和線程安全是 Rust 最初的巨大成功故事。

迭代器和閉包 API。這是另一個(gè)經(jīng)典特性。就像上圖中所示的迭代器代碼一樣，你可以優(yōu)雅地使用各種過(guò)濾器、map和for循環(huán)，優(yōu)化出來(lái)的代碼和手寫的高效 C 代碼等價(jià)。

Async/Await 和 Future。Futures API 是一個(gè)重要的例子。早期的 Futures （指 0.3 版本之前）很好地達(dá)到了“零成本”的標(biāo)準(zhǔn)，但是沒(méi)有提供足夠好的用戶體驗(yàn)。后來(lái)通過(guò)添加 Pin 來(lái)支持跨 await 的引用等，才達(dá)到一個(gè)用戶體驗(yàn)良好的零成本抽象。

Unsafe Rust 和 模塊邊界（可見(jiàn)性）。這是 Rust 其他零成本抽象之母，因?yàn)檫@是 Safe Rust 的基礎(chǔ)。

除此之外的其他特性則沒(méi)有取得太大的成功，這有些例子：

trait 動(dòng)態(tài)分發(fā)，目前沒(méi)有找到成功的解決方案。

泛型的trait限定，對(duì)優(yōu)化有一定阻礙，所以才引入了 特化（Specialization）。

NewType 模式，在某些情況下優(yōu)化并不理想（詳細(xì)可參考延伸閱讀reddit相關(guān)內(nèi)容）。

為什么百分百的零成本抽象這么難？因?yàn)?Rust 要考慮的因素太多。除了要為用戶提供體驗(yàn)良好的抽象之外，還要對(duì)透明性和多樣性做權(quán)衡，這些都是對(duì)編譯器優(yōu)化干擾的因素。

很多人對(duì) Rust 的另一個(gè)誤解就是，用 Rust 實(shí)現(xiàn)的代碼性能一定很好。但是實(shí)踐結(jié)果很有可能打破他們這層認(rèn)知。開(kāi)發(fā)者在使用 Rust 代碼的時(shí)候需要注意考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：

你的抽象有多少成本

你的代碼熱點(diǎn)路徑在哪（調(diào)用頻繁的代碼），該如何優(yōu)化

利用好性能基準(zhǔn)測(cè)試

因?yàn)?Rust 零成本抽象并不保證用戶寫的 Rust 代碼性能最佳。

支持性

Rust 工具致力于為開(kāi)發(fā)人員提供優(yōu)美、流暢的體驗(yàn)。一個(gè)例子是編譯器如何提供高質(zhì)量的錯(cuò)誤消息，這些消息不僅試圖指示錯(cuò)誤，而且還教用戶 Rust 語(yǔ)言是如何工作的，并就如何修復(fù)他們的代碼提供有用的建議。最近 Rust 官方還啟動(dòng)了診斷信息多語(yǔ)言翻譯計(jì)劃，歡迎大家去貢獻(xiàn)。

對(duì)于像 cargo 這樣的工具，這體現(xiàn)在精心的 CLI 設(shè)計(jì)中，使“簡(jiǎn)單的事情變得簡(jiǎn)單”?；?Cargo 的有用的第三方插件變得越來(lái)越豐富。

生產(chǎn)力

生產(chǎn)力可能會(huì)與可靠性、高性能有沖突，所以這里也存在權(quán)衡?？梢詤⒖忌厦媪信e出來(lái)的 Rust 零成本抽象成功的幾個(gè)特性，比如所有權(quán)機(jī)制。很多人認(rèn)為所有權(quán)機(jī)制影響生產(chǎn)力，是因?yàn)檫@種安全內(nèi)存管理方式比較新穎，接受起來(lái)沒(méi)有那么快。但是換成 GC 語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)者就沒(méi)有這個(gè)心智負(fù)擔(dān)，生產(chǎn)力自然提升。但熟練使用 Rust 的開(kāi)發(fā)者則不會(huì)受這個(gè)影響。

讓 Rust 變得極具生產(chǎn)力的方法是什么？

Rust 致力于跨版本的穩(wěn)定性。這是因?yàn)榉€(wěn)定性是生產(chǎn)力的關(guān)鍵推動(dòng)因素：如果沒(méi)有跨版本的穩(wěn)定性，用戶將被迫花時(shí)間解決構(gòu)建失敗，而不是構(gòu)建用戶想要構(gòu)建的功能。但是這種穩(wěn)定性也會(huì)阻礙 Rust 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)者們對(duì)語(yǔ)言特性設(shè)計(jì)的自由度，所以引入了 Edition 系統(tǒng)讓設(shè)計(jì)自由度和語(yǔ)言版本穩(wěn)定性達(dá)到平衡。

可移植性。默認(rèn)情況下，Rust 代碼旨在跨所有主流架構(gòu)移植。

打造繁榮的生態(tài)系統(tǒng)。

透明性

Rust 官方團(tuán)隊(duì)非常重視透明性。透明性是 Rust 提供給用戶的底層掌控力，但需要注意并不意味著它能幫用戶自動(dòng)提升性能。

但透明性暴露的底層控制細(xì)節(jié)，讓多樣性和生產(chǎn)力大打折扣。比如 repr屬性，再比如異步函數(shù)中隨處可見(jiàn)的 Box>>。因?yàn)樗鼤?huì)迫使用戶過(guò)度關(guān)注對(duì)當(dāng)前要解決問(wèn)題實(shí)際并不重要的底層細(xì)節(jié)。

透明性與多樣性、生產(chǎn)力有所沖突，在設(shè)計(jì)語(yǔ)言特性時(shí)需要仔細(xì)權(quán)衡。

多樣性

Rust 同樣重視多樣性，多樣性意味著通用性，意味著 Rust 可以做上層的應(yīng)用，也可以做底層的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

官方的目標(biāo)是以某種方式向 Rust 程序公開(kāi)所有核心系統(tǒng)功能，即使訪問(wèn)或正確使用它們可能很困難。而不希望 Rust 用戶覺(jué)得他們必須選擇 C 或其他語(yǔ)言，他們應(yīng)該能夠使用 Unsafe Rust 來(lái)完成他們的工作。像“內(nèi)聯(lián)匯編”這樣的功能也遵循這種思路。

我能想到一個(gè)比較典型的例子是，Rust 將 Error trait 移動(dòng)到了 core 中，這樣就可以統(tǒng)一 std 和 no_std 的錯(cuò)誤處理了。

Rust 社區(qū)如何治理才能更貼近 Rustacean

該部分內(nèi)容提供了以下一些原則，用于幫助 Rust 核心團(tuán)隊(duì)和社區(qū)貢獻(xiàn)者良好合作：

善良體貼。相互尊重彼此才是構(gòu)建 Rust 未來(lái)的基礎(chǔ)。

給用戶帶來(lái)快樂(lè)。首要目標(biāo)是讓 Rust 用戶更有效率和能力。希望人們喜歡使用 Rust，如果他們?cè)敢?，也喜歡參與它的社區(qū)。

暢所欲言地表達(dá)自己。帶上你的專業(yè)知識(shí)，并愿意為你認(rèn)為正確的事情進(jìn)行辯論。

認(rèn)可別人的知識(shí)。沒(méi)有人能壟斷好的創(chuàng)意。Rust 團(tuán)隊(duì)需要汲取優(yōu)秀的建議來(lái)改進(jìn)設(shè)計(jì)。

從小處開(kāi)始。尋找完美的設(shè)計(jì)需要迭代。大處著眼，小處著手；當(dāng)你了解更多時(shí)，不要害怕改變。

跟進(jìn)。說(shuō)你會(huì)做的，做你說(shuō)的。

把愛(ài)傳出去。Rust項(xiàng)目成員需要識(shí)別有潛力的貢獻(xiàn)者，有義務(wù)去發(fā)展新的成員，并且當(dāng)好教練的角色。

信任和委托。賦予他人權(quán)力意味著愿意讓他們以他們認(rèn)為最好的方式做出決定。

P.S 金發(fā)姑娘原則

在 Niko 的博客中還提到一個(gè)金發(fā)姑娘原則（Goldilocks），比較有趣。

該原則出自一個(gè)英國(guó)的童話故事《金發(fā)姑娘和三只熊》。

講的是一位金發(fā)姑娘偷偷跑進(jìn)熊的家里，她發(fā)現(xiàn)了三碗粥、三把椅子和三張床，粥有冷的、有熱的；椅子有硬的、有軟的；床有大的、有小的。她都嘗了、都試了以后，選擇了不冷不熱的那碗粥，不硬不軟的那把椅子，不大不小的那張床，因?yàn)槟峭胫唷⒛前岩巫?、那張床最適合她，對(duì)她來(lái)說(shuō)都是“剛剛好”，這種選擇的原則就叫做“金發(fā)姑娘原則”。

“金發(fā)姑娘原則”被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，比如發(fā)展心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、通訊科學(xué)、醫(yī)學(xué)和天體生物學(xué)、溝通等等。

如果把該原則用在如何看待（新）事物方面，那么它會(huì)成為一個(gè)非常好的思維工具。通過(guò)該原則，可以讓你避免用非黑即白的思維看待這個(gè)世界存在的事物，比如 Rust 語(yǔ)言，比如某個(gè)人。這個(gè)世界并不是好與壞、黑與白這兩個(gè)極端，它還存在中間狀態(tài)。

小結(jié)

本文可能還缺少很多細(xì)節(jié)，但總體上我認(rèn)為應(yīng)該把 Rustacean 原則和 Niko 所說(shuō)的 Rust 之魂講清楚了。Rust 語(yǔ)言并不完美，但它在這些原則之間不斷權(quán)衡而發(fā)展。我們可以不完美，也不可能完美，但不能不追求完美。感謝閱讀。

審核編輯 ：李倩