Rust 程序设计语言 简体中文版

ch01-02-hello-world.md
commit 4f2dc564851dc04b271a2260c834643dfd86c724

Rust 已安好，让我们来编写第一个程序。当学习一门新语言的时候，使用该语言在屏幕上打印 “Hello, world!” 是一项传统，我们将遵循这个传统。

注意：本书假设你熟悉基本的命令行操作。对于你的编辑器、工具，以及你的代码存在何处，Rust 并没有特殊要求，如果你更喜欢 IDE，请随意。

首先，创建一个存放代码的文件夹。Rust 并不关心它的位置，不过在本书中，我们建议你在 home 目录中创建一个 projects 目录，并把你的所有项目放在这。打开一个终端，输入如下命令来创建一个文件夹：

Linux 和 Mac:

$ mkdir ~/projects
$ cd ~/projects
$ mkdir hello_world
$ cd hello_world

Windows:

> mkdir %USERPROFILE%\projects
> cd %USERPROFILE%\projects
> mkdir hello_world
> cd hello_world

接下来，新建一个叫做 main.rs 的文件。Rust 源代码总是以 .rs 后缀结尾。如果文件名包含多个单词，使用下划线分隔它们。例如 my_program.rs，而不是 myprogram.rs。

现在打开刚创建的 main.rs 文件，输入如下代码：

Filename: main.rs

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

保存文件，并回到终端窗口。在 Linux 或 OSX 上，输入如下命令：

$ rustc main.rs
$ ./main
Hello, world!

在 Windows 上，运行 .\main.exe，而不是./main。不管使用何种系统，你应该在终端看到 Hello, world! 字样。如果你做到了，恭喜你！你已经正式编写了一个 Rust 程序，成为一名 Rust 程序员！

现在，让我们回过头来，仔细看看“Hello, world!”程序到底发生了什么。这是拼图的第一片：

fn main() {

}

这几行定义了一个 Rust 函数。一个叫 main 的函数，没有参数也没有返回值。如果有参数的话，它们应该出现在括弧中，(和)之间。main 函数是特殊的：它是每一个可执行的 Rust 程序的入口点。

还须注意函数体被包裹在花括号中，{和} 之间。所有函数体都要用花括号包裹起来（译者注：有些语言，当函数体只有一行时可以省略花括号，但 Rust 中是不行的）。一般来说，将左花括号与函数声明置于一行，并以空格分隔，是良好的代码风格。

在 main() 函数中：

    println!("Hello, world!");

一行代码完成这个小程序的所有工作：在屏幕上打印文本。这里有很多细节需要注意。首先 Rust 使用 4 个空格的缩进风格，而不是 1 个制表符（tab）。

第二个重要的部分是println!()。这是 宏，Rust 元编程（metaprogramming）的关键所在。而调用一个函数，则要像这样：println（没有!）。我们将在 21 章 E 小节中更加详细的讨论宏，现在你只需记住，当看到符号 ! 的时候，调用的是宏而不是普通函数。

接下来，"Hello, world!" 是一个 字符串。我们把这个字符串作为一个参数传递给println!，它负责在屏幕上打印这个字符串。轻松加愉快！(⊙o⊙)

该行以分号结尾（;）。; 代表一个表达式的结束和下一个表达式的开始。大部分 Rust 代码行以 ; 结尾。

“编写并运行 Rust 程序”部分，展示了如何创建运行程序。现在我们将拆分并检查每一步操作。

运行一个 Rust 程序之前，必须先编译它。可以通过 rustc 命令来使用 Rust 编译器，并传递源文件的名字给它，如下：

$ rustc main.rs

如果你有 C 或 C++ 背景，就会发现这与 gcc 和 clang 类似。编译成功后，Rust 应该会输出一个二进制可执行文件，在 Linux 或 OSX 上在 shell 中你可以通过ls命令看到如下：

$ ls
main  main.rs

在 Windows 上，输入：

> dir /B %= the /B option says to only show the file names =%
main.exe
main.rs

这表示我们有两个文件：.rs 后缀的源文件，和可执行文件（在 Windows下是 main.exe，其它平台是 main）。然后运行 main 或 main.exe 文件，像这样：

$ ./main  # or .\main.exe on Windows

如果 main.rs 是我们的“Hello, world!”程序，它将会在终端上打印Hello, world!。

来自 Ruby、Python 或 JavaScript 这样的动态类型语言背景的同学，可能不太习惯将编译和执行分为两个步骤。Rust 是一种 预编译静态类型语言（ahead-of-time compiled language），这意味着编译好程序后，把它给任何人，他们不需要安装 Rust 就可运行。如果你给他们一个 .rb ， .py 或 .js 文件，他们需要先分别安装 Ruby，Python，JavaScript 实现（运行时环境，VM），不过你只需要一句命令就可以编译和执行程序。这一切都是语言设计上的权衡取舍。

使用 rustc 编译简单程序是没问题的，不过随着项目的增长，你可能需要控制你项目的方方面面，并且更容易地将代码分享给其它人或项目。所以接下来，我们要介绍一个叫做 Cargo 的工具，它会帮助你编写真实世界中的 Rust 程序。

Cargo 是 Rust 的构建系统和包管理工具，同时 Rustacean 们使用 Cargo 来管理他们的 Rust 项目，它使得很多任务变得更轻松。例如，Cargo 负责构建代码、下载依赖库并编译。我们把代码需要的库叫做 依赖（dependencies）。

最简单的 Rust 程序，比如我们刚刚编写的，并没有任何依赖，所以我们只使用了 Cargo 构建代码的功能。随着更复杂程序的编写，你会想要添加依赖，如果你使用 Cargo 开始的话，这将会变得简单许多。

由于绝大部分 Rust 项目使用 Cargo，本书接下来的部分将假设你使用它。如果使用之前介绍的官方安装包的话，它自带 Cargo。如果通过其他方式安装的话，可以在终端输入如下命令，检查是否安装了 Cargo：

$ cargo --version

如果出现了版本号，一切 OK！如果出现类似“command not found”的错误，你应该查看安装文档以确定如何单独安装 Cargo。

让我们使用 Cargo 来创建一个新项目，然后看看与上面的hello_world项目有什么不同。回到 projects 目录（或者任何你放置代码的目录）：

Linux 和 Mac:

$ cd ~/projects

Windows:

> cd %USERPROFILE%\projects

并在任何操作系统运行：

$ cargo new hello_cargo --bin
$ cd hello_cargo

我们向 cargo new 传递了 --bin，因为我们的目标是生成一个可执行程序，而不是一个库。可执行程序是二进制可执行文件，通常就叫做 二进制文件（binaries）。项目的名称被定为hello_cargo，同时 Cargo 在一个同名目录中创建它的文件，接着我们可以进入查看。

如果列出 hello_cargo 目录中的文件，将会看到 Cargo 生成了一个文件和一个目录：一个 Cargo.toml 文件和一个 src 目录，main.rs 文件位于目录中。它也在 hello_cargo 目录初始化了一个 git 仓库，以及一个 .gitignore 文件；你可以通过--vcs参数，切换到其它版本控制系统（VCS），或者不使用 VCS。

使用文本编辑器（IDE）打开 Cargo.toml 文件。它应该看起来像这样：

Filename: Cargo.toml

[package]
name = "hello_cargo"
version = "0.1.0"
authors = ["Your Name <you@example.com>"]

[dependencies]

这个文件使用 TOML (Tom's Obvious, Minimal Language) 格式。TOML 类似于 INI，不过有一些额外的改进之处，并且被用作 Cargo 的配置文件的格式。

第一行，[package]，是一个段落标题，表明下面的语句用来配置一个包。随着我们在这个文件增加更多的信息，还将增加其他段落。

最后一行，[dependencies]，是项目依赖的 crates（Rust 代码包）的段落的开始，这样 Cargo 就知道下载和编译它们了。这个项目并不需要任何其他的 crate，不过在下一章猜猜看教程会需要。

现在看看 src/main.rs：

Filename: src/main.rs

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

Cargo 为你生成了一个“Hello World!”，正如我们之前编写的那个！目前为止，之前项目与 Cargo 生成项目区别有：

• 代码位于 src 目录
• 项目根目录包含一个 Cargo.toml 配置文件

Cargo 期望源文件位于 src 目录，将项目根目录留给 README、license 信息、配置文件和其他跟代码无关的文件。这样，Cargo 帮助你保持项目干净整洁，一切井井有条。

如果没有用 Cargo 创建项目，比如 hello_world 目录中的项目，可以通过将代码放入 src 目录，并创建一个合适的 Cargo.toml，将其转化为一个 Cargo 项目。

现在让我们看看通过 Cargo 构建和运行 Hello World 程序有什么不同。为此，输入如下命令：

$ cargo build
   Compiling hello_cargo v0.1.0 (file:///projects/hello_cargo)

这应该创建 target/debug/hello_cargo（或者在 Windows 上是 target\debug\hello_cargo.exe）可执行文件，可以通过这个命令运行：

$ ./target/debug/hello_cargo # or .\target\debug\hello_cargo.exe on Windows
Hello, world!

好的！如果一切顺利，Hello, world!应该再次打印在终端上。

首次运行 cargo build 的时候，Cargo 会在项目根目录创建一个新文件，Cargo.lock，它看起来像这样：

Filename: Cargo.lock

[root]
name = "hello_cargo"
version = "0.1.0"

Cargo 使用 Cargo.lock 来记录程序的依赖。这个项目并没有依赖，所以内容比较少。事实上，你自己永远也不需要碰这个文件，让 Cargo 处理它就行了。

我们刚刚使用 cargo build 构建了项目并使用 ./target/debug/hello_cargo 运行了它，也可以使用 cargo run 编译并运行：

$ cargo run
     Running `target/debug/hello_cargo`
Hello, world!

注意这一次并没有出现“正在编译 hello_cargo”的输出。Cargo 发现文件并没有被改变，直接运行了二进制文件。如果修改了源文件的话，将会出现像这样的输出：

$ cargo run
   Compiling hello_cargo v0.1.0 (file:///projects/hello_cargo)
     Running `target/debug/hello_cargo`
Hello, world!

所以现在又出现更多的不同：

• 使用 cargo build 构建项目（或使用 cargo run 一步构建并运行），而不是使用rustc
• 有别于将构建结果放在源码目录，Cargo 将它放到 target/debug 目录。

Cargo 的另一个优点是，不管你使用什么操作系统，它的命令都是一样的，所以之后我们将不再为 Linux 和 Mac 以及 Windows 提供相应的命令。

当项目最终准备好发布了，可以使用 cargo build --release 来优化编译项目。这会在 target/release 下生成可执行文件，而不是 target/debug。优化可以让 Rust 代码运行的更快，然而也需要更长的编译时间。因此产生了两种不同的配置：一种为了开发，你需要快速重新构建；另一种构建给用户的最终程序，不会重新构建，并且程序运行得越快越好。如果你在测试代码的运行时间，请确保运行 cargo build --release 并使用 target/release 下的可执行文件。

对于简单项目， Cargo 并不比 rustc 更有价值，不过随着开发的进行终将体现它的价值。对于拥有多个 crate 的复杂项目，让 Cargo 来协调构建将更简单。有了 Cargo，只需运行cargo build，然后一切将有序运行。即便这个项目很简单，也它使用了很多你之后的 Rust 生涯将会用得上的实用工具。其实你可以开始任何你想要从事的项目，使用下面的命令：

$ git clone someurl.com/someproject
$ cd someproject
$ cargo build

注意：如果想要了解 Cargo 更多的细节，请阅读官方的 Cargo guide，它覆盖了所有的功能。