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[Rust] Rust 1.51.0 已正式发布,及其新特性详述

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Summary: Rust 1.51.0 稳定版,展示了相当长的时段内,Rust 语言和 Cargo 工具的特性迭代,稳定了最具价值的常量泛型(const generics),以及 Cargo 的新特性 `resolver`。另外,还包括适用于 macOS 的拆分调试信息、已稳定 APIs,以及 Clippy 工具的诸多改进。

Topics: rust cargo rust-官方博客

2021 年 3 月 25 日,Rust 版本团队官宣发布新版本:1.51.0。

Rust 是一种编程语言,它赋能每个人都能够构建可靠和高效的软件。

如果您已通过 rustup 安装了早期版本的 Rust,那么获取 Rust 1.51.0 就很容易(各平台通用命令):

rustup update stable

如果官网下载速度过慢,参考配置 Rust 工具链的国内源

安装成功后,可以查看 rustccargo 版本:

rustc -V; cargo -V
    rustc 1.51.0 (2fd73fabe 2021-03-23)
    cargo 1.51.0 (43b129a20 2021-03-16)

如果您未安装过 Rust,可以从 Rust 官网页面获取 rustup,并可以在 GitHub 站点查看 Rust 1.51.0 的详细发行说明

Rust 1.51.0 稳定版的新特性

Rust 1.51.0 稳定版,展示了相当长的时段内,Rust 语言和 Cargo 工具的特性迭代,稳定了最具价值的常量泛型(const generics),以及 Cargo 的新特性 resolver。让我们详细看一看:

常量泛型(Const Generics)最具价值

Rust 1.51.0 版本之前,Rust 允许您在生命周期(lifetime)或类型(type)中对您的具体类型进行参数化。例如,如果我们想定义一个结构体(struct),其字段类型为具有泛型元素的数组。我们可以编写以下代码:

struct FixedArray<T> {
              // ^^^ 泛型定义
    list: [T; 32]
        // ^ 使用泛型
}

若我们要使用 FixedArray<u8>,编译器将构造 FixedArray 的单态版本。如下所示:

struct FixedArray<u8> {
    list: [u8; 32]
}

这是一个强大的特性,允许您编写可重用的代码,并且无需运行时开销。但是,在 Rust 1.51.0 版本之前,很难将这些类型的值(value) 泛型化。对于类型定义([T; N])中包含长度的数组而言,这一点尤为明显,以前您无法对其泛型。现在使用 1.51.0,您在编程中,可对任意整数类型、布尔型(bool),或 char 类型做到泛型!

使用结构体(struct)枚举(enum)值时,仍然不稳定。

有了这项改进,现在我们可以自定义数组结构体,它的类型长度都是泛型的。让我们看一个定义数组结构体的示例,以及如何使用它。

struct Array<T, const LENGTH: usize> {
    //          ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 常量泛型定义
    list: [T; LENGTH]
    //        ^^^^^^ 使用常量泛型
}

现在,如果我们使用 Array<u8, 32>,编译器将构造一个单态版本的 Array。如下所示:

struct Array<u8, 32> {
    list: [u8; 32]
}

常量泛型为类库设计人员带来了一个重要的新工具,以便于他们创建新的、强大的编译时安全 APIs。如果你想了解更多关于常量泛型的信息,你也可以查看博客文章最具价值的“常量泛型”特性测验,了解更多关于这个特性的信息,及其当前限制。

array::IntoIter 已稳定

作为常量泛型稳定化的一部分,Rust 团队还稳定了一个使用常量泛型特性的新 API:std::array::IntoIterIntoIter 允许您在任何数组上创建值迭代器。以前的版本没有一种方便的方法来迭代数组的所有值,仅是引用它们。

fn main() {
  let array = [1, 2, 3, 4, 5];
  
  // 旧版本
  for item in array.iter().copied() {
      println!("{}", item);
  }
  
  // Rust 1.51.0 新版本
  for item in std::array::IntoIter::new(array) {
      println!("{}", item);
  }
}

请注意,IntoIter 是作为一个单独的方法添加的,而不是替代数组上的原有方法 .into_iter(),这是因为目前的 .into_iter() 方法有一些不足;目前,.into_iter() 方法是切片引用迭代器。Rust 团队正在探索,未来将使其更符合人体工程学。

Cargo 新特性 resolver

依赖项管理,是一个困难的问题。其中最困难的部分之一,是当依赖项被两个不同的包所依赖时,选择使用哪个版本的依赖项。这不仅包括它的版本号,还包括被包所启用,或未启用的特性。Cargo 的默认行为是:在依赖关系图中,当单个包被多次引用时,合并该包的特性。

例如,假设您有一个名为 foo 的依赖项,它的特性是 A 和 B,barbaz 正在使用这个依赖项,但是 bar 依赖于 foo+Abaz 依赖于 foo+B。Cargo 将合并这两个特性,并将 foo 编译为 foo+AB。这样做的好处是,您只需编译 foo 一次,然后它就可以被 barbaz 重用。

然而,这也带来了不利的一面。如果在构建依赖项时,启用的特性与您构建的目标(target)不兼容怎么办?

生态系统中,一个常见示例是:许多 #![no_std] crate 中包含可选的 std 特性,其允许 crate 在 std 可用时提供附加功能。现在想象一下,你想在 #![no_std] 的可执行文件中,使用用 foo#![no_std] 版本,并在您 build.rs 编译时,使用 foo。如果编译时,依赖项依赖于 foo+std,那么可执行文件现在也依赖于 foo+std,这意味着它将不再编译,因为 std 对目标平台不可用。

在 cargo 中,这是一个长期存在的问题。Rust 1.51.0 版本中,Cargo.toml 中将有一个新的可选域 resolver。您可以通过设置 resolver="2",来告诉 cargo 尝试一种新的方式来解析特性。您可以查看 RFC 2957 以获得 resolver 行为的详细描述,其总结如下。

  • Dev dependencies — 当包被普通依赖项和开发依赖项所共享,仅当当前编译包含开发依赖项时,才启用开发依赖项的特性。
  • Host dependencies — 当包被普通依赖项和编译依赖项,或过程宏共享时,普通依赖项的特性将独立于编译依赖项或过程宏。
  • Target dependencies — 当包在编译图中多次出现,并且其中一个实例是特定目标的依赖项,则仅当当前目标正在编译时,才会启用特定目标的依赖项特性。

虽然,这可能会导致一些 crate 编译不止一次,但在对 cargo 使用特性时,这将提供更直观的开发体验。如果您想了解更多信息,还可以阅读 Cargo 文档中的“Resolver 特性”部分。我们要感谢 cargo 团队和所有参与者,在设计和实现新的解析器过程中的辛勤工作!

[package]
resolver = "2"
# 或者,你使用 workspace
[workspace]
resolver = "2"

拆分调试信息

虽然在以往的版本发布中不经常强调,但是 Rust 团队一直在努力改进 Rust 的编译时间。Rust 1.51.0 版本,是 Rust 在 macOS 上长期以来最大的改进之一。调试信息将二进制代码映射回源代码,这样程序就可以提供有关运行时出错的更多信息。在 macOS 中,以前的调试信息,是使用一个名为 dsymutil 的工具收集到一个单独的 .dSYM 文件夹中,这可能需要一些时间,并占用大量磁盘空间。

将所有调试信息收集到此目录,有助于在运行时找到它,特别是在二进制文件被移动时。但是,它确实有一个缺点:即使您对程序做了一个小的更改,dsymutil 也需要运行整个二进制文件,以来生成最终的 .dSYM 文件夹。有时这样做会增加很多编译时间,特别是对于大型项目,因为所有依赖项都会被重新收集。但这又是必要的步骤,因为没有收集和编译,Rust 的标准库将不知道如何在 macOS 上加载调试信息。

最近,Rust 回溯(backtraces)已切换,将使用不同的后端,该后端支持在不需要运行 dsymutil 的情况下加载调试信息。并且,对跳过 dsymutil 运行的支持,已经稳定了。这可以显著提升包含调试信息的编译速度,并显著减少磁盘空间量的使用。虽然,Rust 团队还没有运行过广泛的基准测试,但是已经看到了很多关于在 macOS 上使用这种行为后的报告,反映编译速度提升很大。

在运行 rustc 时,您可以通过设置 -Csplit-debuginfo=unpacked 标志,或者将可选项 split-debuginfo [profile] 设置为 unpacked,用来在 Cargo 中启用此新行为。“unpacked” 选项指示 rustc 将 .o 对象文件保留在编译时的输出目录中,而不是删除它们,并跳过运行 dsymutil 的步骤。Rust 的回溯支持非常聪明,知道如何找到这些 .o 文件。lldb 等工具也知道如何做到这一点。只要你不需要在保留调试信息的同时,将二进制文件移动到其它位置,就应该可以这样做。

[profile.dev]
split-debuginfo = "unpacked"

已稳定 APIs

总体来讲,可以看到,这次发布有 18 种不同类型的新方法已经稳定,比如 slicePeekable。值得注意的补充是稳定的 ptr::addr_of!ptr::addr_of_mut!,它允许您创建指向未对齐(unaligned)字段的原始指针。以前这是不可能的,因为 Rust 要求 &/&mut 对齐,并指向已经初始化的数据,而 &addr as *const _ 将导致未定义的行为,因为 &addr 需要对齐。这两个宏现在允许您安全地创建未对齐(unaligned)指针。

use std::ptr;

#[repr(packed)]
struct Packed {
    f1: u8,
    f2: u16,
}

let packed = Packed { f1: 1, f2: 2 };
// `&packed.f2` 将创建一个未对齐(unaligned)引用,因此是不确定的行为!
let raw_f2 = ptr::addr_of!(packed.f2);
assert_eq!(unsafe { raw_f2.read_unaligned() }, 2);

下述方法已经稳定:

其它改进

在 Rust 1.51.0 版本中,还有一些其它改进:清查阅 RustCargo,以及 Clippy

Rust 1.51.0 的贡献者

许多人一起协作,创造了 Rust 1.51.0。谢谢

参考链接:Announcing Rust 1.51.0


Rust 生态与实践

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