模塊

與 C++的命名空間和Pyhton的模塊不同，Rust 的模塊更加靈活且作用清晰。Rust 的模塊（mod）用于封裝一個(gè)邏輯塊，mod 可以嵌套定義，設(shè)計(jì)成層次邏輯，且可以指定 mod 的訪問屬性，即私有（private）和公開（pub），兩者又可細(xì)分為：

• private: 該模塊內(nèi)部僅模塊內(nèi)部可見
• pub(crate): 模塊內(nèi)部對(duì)該 crate 可見
• pub(super)：模塊內(nèi)部僅對(duì)本級(jí)和上級(jí) mod 可見
• pub：該模塊對(duì)全局可見，如果該模塊被上級(jí)包含，則由上級(jí)模塊最終決定最大可見范圍 通常一個(gè)文件名自動(dòng)成為模塊名。對(duì)于文件夾來說，模塊的根節(jié)點(diǎn)為mod.rs,模塊名則為文件夾的名字

Crate

crate 是 Rust 的代碼單元，也是 Cargo 管理、發(fā)布的最小單元。通常可以包含一個(gè)或多個(gè)模塊。Rust有兩種 crate ：庫（Library Crate）和二進(jìn)制（Binary Crate）。

• Library Crate 用于提供代碼庫，編譯后的目標(biāo)文件是鏈接庫，即動(dòng)態(tài)庫、靜態(tài)庫等，可用于Rust或第三方語言（如C/C++等）調(diào)用。當(dāng)然Libary crate也可以被其他crate引用，在Cargo.tml 中指定引用信息，從而直接使用改crate的模塊或 API 。大致可以理解為 C/C++ 的庫，例如 stdio.h,string.h等。
• Binary Crate 用于實(shí)現(xiàn)具體的程序，包含程序入口 main 函數(shù)，編譯后為二進(jìn)制的程序，可直接運(yùn)行。可以簡單理解為 C/C++ 的 main.c + XX.c文件，當(dāng)然實(shí)際用起來比它們更加優(yōu)雅。

Package

Package 用于管理 Crate, 每個(gè) package 的根目錄包含一個(gè)文件 Cargo.toml ,用于指定 Package 的元信息，如作者、版本、features、依賴、目標(biāo)編譯平臺(tái)。Cargo 可將 Package 發(fā)布到 crate.io。一個(gè) Package 可以包含多個(gè)成員（members）

Cargo

Cargo 是 Rust 的包管理工具和構(gòu)建系統(tǒng)。它在 Rust 開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用，主要有以下功能特點(diǎn)：

• 提供快捷的工程創(chuàng)建、編譯、測(cè)試、程序下載、運(yùn)行、文檔生成等命令
• 版本控制、依賴控制功能
• 工程管理、發(fā)布功能
• 統(tǒng)一工程結(jié)構(gòu)，便于理解和維護(hù)，提高開發(fā)效率和代碼質(zhì)量。

其功能遠(yuǎn)比 傳統(tǒng)的 Makefile 或 CMake 豐富，但使用卻更加簡單高效。

features

features 在 Cargo.tml 中定義，類似 C/C++ 中編譯宏的作用，可以選擇性編譯開啟指定 feature 的代碼段，從而達(dá)到縮小代碼體積、實(shí)現(xiàn)不同的功能、滿足不同的平臺(tái)等功能。

枚舉

Rust 的枚舉與 C/C++ 的兼容，但表現(xiàn)形式更加豐富。不僅允許指定數(shù)字作為枚舉值，同時(shí)也允許枚舉項(xiàng)能附帶一個(gè)其他類型的對(duì)象，如常用的基本類型、其他枚舉、結(jié)構(gòu)體、元組等類型，使用枚舉能更加輕松直接的描述對(duì)象特征和邏輯。使得業(yè)務(wù)邏輯更加簡單清晰。

pub enum {
    Monday,
    Tuesday,
    ...
}

enum Fruit{
    Apple = 0,
    Orange = 1
}

pub enum {
    Foo,           
    Fruit(Fruit),      /* 附帶另外的枚舉值 */
    Id(u32),        /* 附帶一個(gè) u32 的數(shù)字 */
    Human((u8, String)),   /* 附帶一個(gè)元組 */
    Stu(Student),        /* 附帶一個(gè)結(jié)構(gòu)體 */
}

Rust 有兩個(gè)特別重要的枚舉，經(jīng)常在代碼中可以看到，分別是：

• Result：Reuslt 常用于表示結(jié)果，定義如下：

enum Result {
    Ok(T),
    Err(E),
}

• T 和 E 分別表示正常和異常返回的類型。該定義用于表示正常返回和異常情況返回的結(jié)果，各自附帶一個(gè)類型用于返回有用的信息。該設(shè)計(jì)能避免像 C 中常使用的數(shù)字或宏返回錯(cuò)誤值。
• Option：用于表示有無，定義如下：

enum Option {
    None,
    Some(T),
}

• T 表示數(shù)據(jù)存在時(shí)候的數(shù)據(jù)類型。使用 Option 可以避免使用 null 指針之類不安全的方式來表示有無返回對(duì)象。能提高代碼可靠性、同時(shí)擁有高的執(zhí)行效率。

#![no_std]

no_std 環(huán)境區(qū)別于 std, no_std通常用于嵌入式裸機(jī)環(huán)境, 降低標(biāo)準(zhǔn)庫所占用的程序空間。

no_std 通常不包含操作系統(tǒng)的基本 api，如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、多線程等接口。但其仍然提供了一些常用的基本接口模塊，如基本數(shù)據(jù)類型，算術(shù)運(yùn)算，位操作、裸地址讀寫等常用接口。在嵌入式裸機(jī)系統(tǒng)工程搭建時(shí)，需要在主模塊中添加 #![no_std] 來告訴編譯起不要鏈接 std crate。同時(shí)對(duì)于no_std 工程來說，需要自己實(shí)現(xiàn) panic 接口。

Traits

Rust 是一門函數(shù)式編程的語言，trait 在該方案中發(fā)揮了巨大的作用。trait可翻譯為特征，用于描述對(duì)象所具備的 api 能力或?qū)傩裕部勺鳛闃?biāo)記，用于提示編譯器在編譯代碼時(shí)確定邏輯是否合法，且沒有任何運(yùn)行時(shí)的消耗，也不占用程序空間。

不同于面向?qū)ο缶幊讨械睦^承的思想，trait 主要用來定義共享的行為，可以在模板中作為一種約束，避免模塊實(shí)例化有不符合該 trait 約束的對(duì)象引入，保證在編譯能發(fā)現(xiàn)非法的模板使用。Rust 保證在實(shí)現(xiàn)靈活的編程時(shí)，又能安全、高效的定義接口，避免用戶使用錯(cuò)誤，同時(shí)也能統(tǒng)一接口，極大得方便移植，在常見的 Rust 嵌入式驅(qū)動(dòng)中可以經(jīng)常看到 trait 的使用。

另外常見的標(biāo)記類的 trait 有 Send, Sync, Unpin，Clone等

異步/Future

在 Rust 中，實(shí)現(xiàn)了 Future trait 的對(duì)象代表可能尚未完成計(jì)算的值。Future 有一個(gè)關(guān)聯(lián)的 Output 類型，它最終會(huì)解析為這個(gè)類型的值。Future trait 的定義特征是 poll 函數(shù)。

簡單的理解可以認(rèn)為：Future 表示一個(gè)異步操作的潛在結(jié)果。它允許你以一種非阻塞的方式執(zhí)行異步任務(wù)，并在任務(wù)完成時(shí)獲取結(jié)果。不像 C 中常使用注冊(cè)的 callback 函數(shù)那樣需要程序員清晰得去理解多任務(wù)間狀態(tài)邏輯。Future 讓 Rust 異步程序邏輯更加線性化，方便編寫和理解。以下展示一個(gè)簡單的 異步示例：

use std::future::Future;
use std::pin::Pin;
use std::task::{Context, Poll};

struct MyFuture {
    // 一些狀態(tài)，例如異步操作的計(jì)數(shù)器
    counter: u32,
}

impl Future for MyFuture {
    type Output = u32;

    fn poll(self: Pin<&mut Self>, cx: &mut Context<'_>) -> Poll {
        if self.get_mut().counter < 5 {
            self.get_mut().counter += 1;
            Poll::Pending
        } else {
            Poll::Ready(self.get_mut().counter)
        }
    }
}

在這個(gè)示例中，MyFuture 是一個(gè)自定義的 Future，它在計(jì)數(shù)器達(dá)到 5 之前一直處于 Pending 狀態(tài)，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到 5 時(shí)，返回 Poll::Ready(counter)。總之，F(xiàn)uture trait 和 poll 函數(shù)是 Rust 異步編程的基礎(chǔ)，它們提供了一種強(qiáng)大的方式來處理異步操作和構(gòu)建高效的異步程序。

零成本抽象

零成本抽象也是 Rust 的一個(gè)重要的特點(diǎn)。通常在高級(jí)語言中，對(duì)于抽象級(jí)別越高的對(duì)象，可能需要消耗更多的程序空間或運(yùn)行時(shí)間。但在 Rust 中，很多高級(jí)抽象都是零成本的，不占用任何運(yùn)行時(shí)間和程序空間。常見如下

• 迭代器
• 閉包
• 智能指針
• 枚舉
• 零大小結(jié)構(gòu)體

這些常用的抽象可以放心在嵌入式中使用，不會(huì)占用大量的空間，且執(zhí)行效率與直接手寫的代碼幾乎一致。

附錄

Introduction - The Cargo Book (rust-lang.org)

The Rust Programming Language

The Rustonomicon