Rust (linguagem de programação)

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Rust
Logo do Rust
Paradigma Multiparadigma:
Surgido em 2010 (10–11 anos)
Última versão 1.53.0 (17 de junho de 2021; há 2 dias[1])
Criado por Graydon Hoare
Estilo de tipagem
  • estática
  • forte
  • inferida
Principais implementações rustc
Influenciada por
Influenciou
Plataforma
Prioridade 1
Prioridade 2
Sistema operacional
Prioridade 1
Prioridade 2
Licença: MIT ou Apache 2.0[5]
Extensão do arquivo:
  • .rs
  • .rlib
Página oficial www.rust-lang.org

Rust é uma linguagem de programação multiparadigma compilada desenvolvida pela Mozilla Research.[6] É projetada para ser "segura, concorrente e prática", mas diferente de outras linguagens seguras, Rust não usa coletor de lixo.[7][8] Possui suporte nativo ao WebAssembly.[9][10]

A linguagem apareceu como um projeto pessoal de Graydon Hoare, empregado da Mozilla. A organização começou a apoiar o projeto em 2009 e anunciou-o em 2010. No mesmo ano, os esforços mudaram do compilador original (escrito em OCaml) para um auto-hospedado feito em Rust. Conhecido por rustc, conseguiu compilar-se pela primeira vez em 2011 e utiliza o LLVM como back-end. Foi lançada pela primeira vez uma versão numerada pré-alfa em 2012. Rust 1.0, a primeira versão estável, foi lançada em 15 de maio de 2015.[11]

Foi considerada pelo público a linguagem "mais amada" por cinco anos consecutivos, de acordo com pesquisas conduzidas pelo site Stack Overflow de 2016 a 2020,[12][13][14][15][16] e está entre as 25 linguagens mais populares, de acordo com pesquisas conduzidas pela RedMonk desde 2018.[17][18][19][20]

Design[editar | editar código-fonte]

Rust se baseia nos seguintes princípios: segurança sem coletor de lixo, concorrência sem disputa de dados e abstração sem overhead.[21] Estes princípios fazem com que Rust seja rápida para ser usada em aplicações de baixo nível como o motor de renderização Servo[22] e também prática para projetos de alto nível.

Em Rust não existem ponteiros nulos ou ponteiros soltos, impossibilitando falhas de segmentação. Rust gerencia memória e recursos automaticamente,[23] sem necessitar de um coletor de lixo. A linguagem impede corridas de dados entre threads pois não é possível que duas threads possam modificar um mesmo valor ao mesmo tempo. Para que uma referência possa ser compartilhada entre várias threads, ela deve ser somente leitura. Existem diversas técnicas seguras de comunicação entre threads.[24]

O princípio de abstração sem overhead vem do C++. Nas palavras de Bjarne Stroustrup: "Você não paga por aquilo que você não usa. E mais: aquilo que você usa, não conseguiria programar melhor à mão".[25] Rust permite um alto grau de abstração através do sistema de traits, que são interfaces que podem ser implementadas separadamente da declaração de um tipo.[26] Tipos genéricos são utilizados extensamente.

O projeto Rust usa o conceito de "canais de lançamento", semelhante ao Mozilla Firefox; são 3 canais: Nightly, Beta e Stable ("estável"). Diariamente é lançada uma nova versão Nightly, e a cada seis semanas a última versão desse canal é promovida para Beta, e só receberá atualizações para corrigir falhas sérias. Simultaneamente, a última versão Beta é promovida para Stable.[27][28][29]

Eventualmente a sintaxe da linguagem evolui, e novas palavras-chave podem ser adicionadas. Para evitar a quebra de compatibilidade com códigos antigos, novas edições são lançadas, que projetos antigos podem ativar opcionalmente.[30] Também é possível usar palavras-chave como identificadores, usando a seguinte sintaxe:[31]

// `match` é uma palavra-chave
fn r#match(needle: &str, haystack: &str) -> bool {
    haystack.contains(needle)
}

Enumerações e casamento de padrões[editar | editar código-fonte]

Rust possui enumerações de tipagem forte, e suas variantes podem carregar valores diversos. Casamento de padrões é muito importante em Rust, pois as enumerações são a base do tratamento de erros.[32] Exemplo de declaração de enumerações e o casamento de padrões:

enum Browser {
    Chrome,
    Firefox,
    Safari,
    Edge,
    Ie(u8),
}

let browser = Browser::Ie(11);
match browser {
    Browser::Chrome | Browser::Edge => println!("Chromium"),
    Browser::Ie(version) => println!("Internet Explorer {}", version),
    _ => println!("Outro navegador"),
}

O comando match pode retornar valores e também pode ser usado com outros tipos.[32] Exemplo:

let age = 27;
let category = match age {
    // `0..=4` é um padrão inclusivo (inclui 0, 1, 2, 3 e 4)
    0..=4 => "bebê",
    5..=13 => "criança",
    14..=17 => "adolescente",
    _ => "adulto",
};
println!("Com {} ano(s) você é considerado {}.", age, category);

Inexistência de valor[editar | editar código-fonte]

Rust usa enumerações para representar a inexistência de um valor na forma de enum Option<T> { None, Some(T) }.[32] Exemplo:

let website = Some("https://www.wikipedia.org"); // `website: Option<&str>`
match website {
    None => println!("Website não especificado."),
    Some(addr) => println!("Website: {}", addr),
}

// Forma alternativa (ignora inexistência)
if let Some(addr) = website {
    println!("Website: {}", addr);
}

Existem métodos na biblioteca padrão que simplificam esse tipo de tratamento. Alguns exemplos:[33]

let url1: Option<&str> = None;
let url2: Option<String> = None;

// Fornece um valor reserva
let website = url1.unwrap_or("http://www.example.com");

// Fornece o valor padrão do tipo (string vazia)
let website = url1.unwrap_or_default();

// Constrói um valor reserva através de uma clausura
let domain = "www.example.com";
let website = url2.unwrap_or_else(|| format!("http://{}", domain));

// Aborta (pânico)
let website = url1.unwrap();

// Aborta com uma explicação
let website = url1.expect("endereço inexistente");

Semelhante ao operador ?. em outras linguagens, também existem métodos que permitem trabalhar com o possível valor de forma segura. Alguns exemplos:[33]

let website: Option<&str> = Some("https://www.wikipedia.org");

// Transforma o valor, se houver algum
let len = website.map(|d| d.len()); // `len: Option<usize>`

// Trabalha com o valor, se houver algum. A clausura precisa retornar Option
let domain = website.and_then(|addr| addr.strip_prefix("https://")); // `domain: Option<&str>`

Tratamento de erros[editar | editar código-fonte]

Rust não possui exceções como em C++. Ao invés disso, possui duas representações de erros: recuperáveis e irrecuperáveis. Os erros recuperáveis são os esperados no fluxo normal de um programa, e são comunicados através do retorno de funções na forma de enum Result<T, E> { Ok(T), Err(E) }.[34] Exemplo:

use std::fs;
use std::io::prelude::*;

fn main() {
    match fs::File::open("exemplo.txt") {
        // Se o arquivo existir
        Ok(mut file) => {
            let mut txt = String::new();

            file.read_to_string(&mut txt).ok();
            println!("{}", txt);
        }
        // Se o arquivo não existir
        Err(err) => eprintln!("Erro: {}", err),
    }
}

É possível simplificar o código retornando os erros com o operador ?:[34]

use std::fs;
use std::io::{self, prelude::*};

// `type io::Result<T> = Result<T, io::Error>`
fn main() -> io::Result<()> {
    let mut file = fs::File::open("exemplo.txt")?;
    let mut txt = String::new();

    file.read_to_string(&mut txt)?;
    println!("{}", txt);
    Ok(()) // Retorna `()` como sucesso
}

Os erros irrecuperáveis são usados para sinalizar problemas na lógica de um programa, como divisões por zero, e causam o encerramento do programa.[34] Exemplo:

for i in -5..5 {
    println!("{}", 10 / i); // Pânico: divisão por zero
}

panic!("isto não deveria acontecer!"); // Alerta "pânico" manualmente

Em alguns casos óbvios de "pânico", como na divisão por zero, o compilador pode se recusar a compilar o código. Rust permite recuperar de alguns "pânicos" com a função especial std::panic::catch_unwind(), que não deve ser usada para emular o tratamento de exceções de C++.[35]

Genéricos e ownership[editar | editar código-fonte]

Rust possui suporte a programação genérica[36] e o conceito de ownership[37] (posse). Valores podem ter apenas um dono; quando o dono sai de escopo, o valor é destruído. Valores podem ser emprestados (borrowing) ou movidos (move).[38] Em certas ocasiões, como em referências circulares, é necessário especificar o lifetime (tempo de vida) de uma referência.[39] Exemplo de uma árvore binária em Rust:

// `'a` é um lifetime, e `T` é um tipo genérico
#[derive(Debug)]
enum Tree<'a, T> {
    Empty,
    Node(T, &'a Tree<'a, T>, &'a Tree<'a, T>),
}

use Tree::{Empty, Node};

let tree = &Node(5.96, &Empty, &Node(1.0, &Empty, &Empty));

// O primeiro membro é movido; ignora demais membros
if let Node(value, ..) = tree {
    println!("{:?}", value);
}

// Ignora o primeiro membro; o terceiro membro é emprestado
if let Node(_, left, ref right) = tree {
    println!("-> {:?}", left);
    println!("-> {:?}", right);
}

Existe um tempo de vida especial chamado 'static, que indica que a referência é válida até o fim da execução do programa. Todas os literais de strings possuem ele implicitamente:[39]

let hello: &str = "Olá, Mundo!"; // Implicitamente estática
let hello: &'static str = "Olá, Mundo!"; // O mesmo que acima

Rust é mais restrita que outras linguagens; um valor imutável pode ter várias referências, mas um valor mutável pode ter apenas uma. Para o segundo caso, é necessário usar uma das várias estruturas de referência como std::rc::Rc (contagem de referências), std::cell::RefCell (mutabilidade interna), entre outras.[40] Outra possibilidade é o uso de alocação de arena.[41]

Se houver ambiguidade na invocação de um método genérico, o tipo pode ser explicitado com o símbolo turbofish (::<>).[42] Exemplo:

let dollar = "5.96".parse::<f64>().unwrap();
println!("US$ 1.00 = R$ {}", dollar);

Também é possível passar valores constantes como parâmetros genéricos. Exemplo:[43]

struct Array<T, const N: usize> {
    data: [T; N],
}

let arr = Array { data: [0u64; 5] }; // `arr: Array<u64, 5>`

Traços e orientação a objetos[editar | editar código-fonte]

Rust possui suporte a traços (traits) que podem ser implementados por estruturas, enumerações e uniões.[44][45] Traços podem ser deriváveis, como o Debug, onde é gerado um código padrão para implementar o traço em um objeto marcado com o atributo #[derive(…)].[46] A implementação padrão é definida através de macros procedurais.[47] Exemplo de traços:

trait Animal {
    // Método estático
    fn type_name() -> &'static str;

    // `&self` é uma referência a instância
    fn flee(&self);
}

trait Feline: Animal {
    // Traços podem fornecer definições padrões para métodos
    fn meow(&self) {
        println!("Miau!");
    }
}
struct Cat<'a> {
    name: &'a str,
}

impl Animal for Cat<'_> {
    fn type_name() -> &'static str {
        "Cat"
    }

    fn flee(&self) {
        println!("{} fugiu.", self.name);
    }
}

impl Feline for Cat<'_> {}

// E o mesmo para `Dog`…
let type_name = Cat::type_name(); // Método estático
let cat = Cat { name: "Charlotte" }; // Nova instância
cat.flee(); // O mesmo que `Animal::flee(&cat);`
cat.meow(); // O mesmo que `Cat::meow(&cat);`

Estruturas, enumerações, uniões e funções podem especificar os traços dos membros/parâmetros de forma estática (genérica):[44]

fn do_flee<T>(animal: &T)
where
    T: Animal,
{
    animal.flee();
}
// Ou o equivalente:
fn do_walk<T: Animal>(animal: &T) {
    animal.flee();
}
// Ou de forma mais compacta (incompatível com o turbofish):
fn do_walk(animal: &impl Animal) {
    animal.flee();
}

Ou de forma dinâmica (trait objects):[45]

fn do_walk(animal: &dyn Animal) {
    animal.flee();
}

Em ambos os casos a instância é passada da mesma maneira:[44][45]

let cat = Cat { name: "Charlotte" };
let dog = Dog { name: "Duke" };

do_walk(&cat);
do_walk(&dog);

Iteradores e clausuras[editar | editar código-fonte]

Rust possui um literal para representar iteradores, e traz em sua biblioteca padrão métodos para transformá-los, usando clausuras.[48][49] No exemplo a seguir o programa lista os números primos entre 4 e 20:

let mut numbers = vec![];
// `4..=20` é um iterador inclusivo (inclui 20)
for i in 4..=20 {
    // `2..i` é um iterador exclusivo, ex.: `2..5` inclui 2, 3 e 4.
    // `|x| i % x != 0` é uma clausura que recebe `x` e retorna um booliano.
    if (2..i).all(|x| i % x != 0) {
        numbers.push(i);
    }
}
println!("Os números primos entre 4 e 20 são: {:?}", numbers);

Clausuras podem capturar valores do ambiente de três maneiras: emprestando imutavelmente, mutavelmente ou movendo. A última é realizada com a palavra-chave move.[49] Exemplo:

use std::thread;

let msg = "Olá, Mundo!".to_owned();

thread::spawn(move || {
    println!("{}", msg); // `msg` movido aqui
});

As clausuras são representadas por três traços:[49]

  • Fn – Empresta valores do ambiente imutavelmente
  • FnMut – Empresta valores do ambiente mutavelmente; aceita também instâncias de Fn
  • FnOnce – Move os valores do ambiente e pode ser chamada apenas uma vez; aceita também instâncias de Fn e FnMut

Exemplo:

fn convert<F>(num: f64, handler: F) -> f64
where
    F: FnOnce(f64) -> f64, // Assinatura da clausura
{
    handler(num)
}

fn main() {
    let y = convert(499.0, |num| num * 5.96);
    println!("{}", y);
}

Clausuras possuem um tipo único, mesmo que com a mesma assinatura; por esse motivo, para retornar uma clausura de uma função, é necessário usar uma sintaxe especial:[44]

fn convert() -> impl FnOnce(f64) -> f64 {
    move |num| num * 5.96
}

fn main() {
    let f = convert();
    println!("{}", f(499.0));
}

Por fim, é possível passar estruturas tuplas ou variantes de enumerações onde se espera clausuras. Exemplo:

let seq: Box<_> = (1..=5).map(Some).collect();
println!("{:?}", seq); // [Some(1), Some(2), Some(3), Some(4), Some(5)]

Exemplos[editar | editar código-fonte]

Programa Olá Mundo[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Programa Olá Mundo
fn main() {
    println!("Olá, Mundo!");
}

Pode ser compilado e executado com o seguinte comando:[50]

$ cargo run

Algoritmo de Trabb Pardo-Knuth[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Algoritmo de Trabb Pardo-Knuth
use std::io::{self, prelude::*};

fn f(t: f64) -> f64 {
    t.abs().sqrt() + 5.0 * t.powi(3)
}

fn main() {
    let mut a = [0f64; 11];
    for (t, input) in a.iter_mut().zip(io::stdin().lock().lines()) {
        *t = input.unwrap().parse().unwrap();
    }

    a.iter().enumerate().rev().for_each(|(i, &t)| match f(t) {
        y if y > 400.0 => println!("{} TOO LARGE", i),
        y => println!("{} {}", i, y),
    });
}

Rust lida com transbordamento numérico retornando f64::NAN.

Concorrência[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Programação concorrente

Exemplo retirado da documentação oficial:[51]

use std::sync::mpsc::channel;
use std::thread;

fn main() {
    let (tx, rx) = channel();

    let sender = thread::spawn(move || {
        tx.send("Olá, Mundo!".to_owned())
            .expect("não foi possível enviar para o canal");
    });

    let receiver = thread::spawn(move || {
        let value = rx.recv().expect("não foi possível receber do canal");
        println!("{}", value);
    });

    sender.join().expect("o remetente entrou em pânico");
    receiver.join().expect("o destinatário entrou em pânico");
}

Servidor HTTP[editar | editar código-fonte]

Ver artigos principais: Hypertext Transfer Protocol e REST

Exemplo de um web service RESTful (HTTP) usando funções assíncronas e serialização; responde com um JSON ao acessar http://localhost:8080/hello/Mundo:

use actix_web::{get, web, App, HttpServer, Responder};
use serde::Serialize;
use std::time::SystemTime;

#[derive(Serialize)]
struct Hello {
    message: String,
    #[serde(with = "humantime_serde")]
    timestamp: SystemTime,
}

#[get("/hello/{name}")]
async fn hello(name: web::Path<String>) -> impl Responder {
    web::Json(Hello {
        message: format!("Olá, {}!", name),
        timestamp: SystemTime::now(),
    })
}

#[actix_web::main]
async fn main() -> std::io::Result<()> {
    HttpServer::new(|| App::new().service(hello))
        .bind("127.0.0.1:8080")?
        .run()
        .await
}

E as dependências no arquivo Cargo.toml:

[dependencies]
actix-web = "3"
humantime-serde = "1.0"

[dependencies.serde]
version = "1.0"
features = ["derive"]

Interface de linha de comandos[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Interface de linha de comandos

Exemplo de uma implementação do echo do Unix:

use clap::{AppSettings::TrailingVarArg, Clap};

#[derive(Clap)]
#[clap(about = "Ecoa o(s) TEXTO(s) para a saída padrão.", setting = TrailingVarArg)]
struct Args {
    #[clap(short = 'n', about = "Não emitir o caractere de nova linha do final")]
    strip_trailing_newline: bool,
    #[clap(value_name = "TEXTO")]
    strings: Vec<String>,
}

fn main() {
    let args = Args::parse();
    let output = args.strings.join(" ");

    print!("{}", output);
    if !args.strip_trailing_newline {
        println!();
    }
}

E as dependências no arquivo Cargo.toml:

[dependencies]
clap = "3.0.0-beta.2"

Interface gráfica[editar | editar código-fonte]

Ver artigos principais: Interface gráfica do usuário e GTK

Exemplo de uma interface gráfica usando GTK 4:

use glib::clone;
use gtk::prelude::*;

fn main() {
    // Cria um novo aplicativo
    let app = gtk::Application::new(Some("com.example.Hello"), Default::default());
    app.connect_activate(|app| {
        // Cria uma nova janela
        let window = gtk::ApplicationWindow::new(app);

        // Cria um novo botão
        let button = gtk::Button::with_label("Olá, Mundo!");

        // Quando o botão é clicado, fecha a janela
        button.connect_clicked(clone! { @weak window => move |_| window.close() });
        window.set_child(Some(&button));
        window.present();
    });

    std::process::exit(app.run());
}

E as dependências no arquivo Cargo.toml:

[dependencies.glib]
git = "https://github.com/gtk-rs/gtk-rs-core.git"
features = ["v2_66"]

[dependencies.gtk]
git = "https://github.com/gtk-rs/gtk4-rs.git"
package = "gtk4"

Ferramentas[editar | editar código-fonte]

Cargo é a ferramenta de produtividade oficial, e usa arquivos TOML para listar dependências e configurações de um projeto. Um projeto pode ser testado usando o comando $ cargo test.[52][53] A documentação de um projeto pode ser gerada a partir de comentários especiais em Markdown, usando o comando $ cargo doc.[53][54]

Rust possui uma implementação do Language Server Protocol, o RLS, que fornece autocompletar, formatação e refatoração independente do editor de texto ou ambiente de desenvolvimento integrado. Uma implementação alternativa existe, o rust-analyzer. Os seguintes editores dão suporte ao RLS de forma nativa ou através de extensões/plugins:[55][56]

Outras ferramentas dão suporte a Rust através de implementações próprias sem o uso do RLS:

Software desenvolvido em Rust[editar | editar código-fonte]

Renderização
Rede


Blockchain
Sistemas operacionais
Outros

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. «Announcing Rust 1.53.0». blog.rust-lang.org (em inglês). 17 de junho de 2021. Consultado em 18 de junho de 2021 
  2. «Appendix: Influences - The Rust Reference» (em inglês). The Rust Project Developers. Consultado em 29 de novembro de 2020 
  3. Tovilo, Ilija (22 de maio de 2020). «PHP RFC: Match expression v2». wiki.php.net. Consultado em 29 de novembro de 2020 
  4. a b c d «Rust Platform Support». forge.rust-lang.org (em inglês). Consultado em 19 de novembro de 2020 
  5. «rust/COPYRIGHT at master · rust-lang/rust». github.com. Consultado em 21 de julho de 2018 
  6. «The Rust Language». Lambda the Ultimate. 8 de julho de 2010. Consultado em 30 de outubro de 2010 
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  8. «Doc language FAQ». Consultado em 21 de outubro de 2012 
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  13. «Stack Overflow Developer Survey 2017». Stack Overflow. 7 de junho de 2017. Consultado em 11 de dezembro de 2017 
  14. «Stack Overflow Developer Survey 2018». Stack Overflow. 15 de maio de 2018. Consultado em 16 de abril de 2018 
  15. «Stack Overflow Developer Survey 2019». Stack Overflow. 18 de abril de 2019. Consultado em 9 de julho de 2019 
  16. «Stack Overflow Developer Survey 2020». Stack Overflow. 22 de junho de 2020. Consultado em 21 de julho de 2020 
  17. O'Grady, Stephen (7 de março de 2018). «The RedMonk Programming Language Rankings: January 2018» (em inglês). RedMonk. Consultado em 13 de março de 2018 
  18. O'Grady, Stephen (20 de março de 2019). «The RedMonk Programming Language Rankings: January 2019» (em inglês). RedMonk. Consultado em 9 de julho de 2019 
  19. O'Grady, Stephen (28 de fevereiro de 2020). «The RedMonk Programming Language Rankings: January 2020» (em inglês). RedMonk. Consultado em 21 de julho de 2020 
  20. O'Grady, Stephen (1 de março de 2021). «The RedMonk Programming Language Rankings: January 2021» (em inglês). RedMonk. Consultado em 7 de março de 2021 
  21. «Rust in 2016 - The Rust Programming Language Blog». blog.rust-lang.org. Consultado em 12 de outubro de 2015 
  22. «servo/servo». GitHub. Consultado em 12 de outubro de 2015 
  23. «Rust Means Never Having to Close a Socket». Inside Skylight. Consultado em 12 de outubro de 2015 
  24. «Fearless Concurrency with Rust - The Rust Programming Language Blog». blog.rust-lang.org. Consultado em 12 de outubro de 2015 
  25. http://www.stroustrup.com/ETAPS-corrected-draft.pdf
  26. «Abstraction without overhead: traits in Rust - The Rust Programming Language Blog». blog.rust-lang.org. Consultado em 12 de outubro de 2015 
  27. Aaron Turon (12 de dezembro de 2014). «Rust 1.0: Scheduling the trains» (em inglês). The Rust Project Developers. Consultado em 6 de setembro de 2017 
  28. «Release Channels - The Rust Programming Language» (em inglês). The Rust Project Developers. Consultado em 6 de setembro de 2017 
  29. «Releases · rust-lang/rust». github.com. Consultado em 15 de fevereiro de 2018 
  30. «Appendix E: Editions - The Rust Programming Language» (em inglês). Consultado em 19 de outubro de 2020 
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