Was ist Rust für eine Programmiersprache?
Rust ist eine systemnahe Programmiersprache, die sich durch ihre hohe Leistung, Sicherheit und Praktikabilität auszeichnet. Sie wurde von Mozilla Research entwickelt und ist eine statisch typisierte Sprache mit einem modernen, ausdrucksstarken Syntax.
Rust ist somit eine extrem schnelle und speichereffiziente statisch kompilierte Programmiersprache mit einem umfangreichen Typsystem und Berechtigungsmodell.
Rust Programmiersprache – Programmierung modernen Programmiersprachen
Dabei verspricht die neue Systemprogrammiersprache den scheinbar grundlegenden Kompromiss zwischen Sicherheitsgarantien auf hoher Ebene und Kontrolle über die Ressourcenverwaltung auf niedriger Ebene zu überwinden.
No runtime, no garbage collector
„No runtime, no garbage collector“
In dieser neuen Programmiersprache musst Du Dich als Entwickler*in nicht manuell um Garbage kümmern. Die Garbage Collection wird vom Laufzeitsystem durchgeführt und heißt nicht mehr Garbage Collector.
Diese neue Systemprogrammiersprache erzeugt nativen Programmcode wie auch z.B. bei C++. Aus diesem Grund erfreut sich dieses Programmierwerkzeug immer größerer Beliebtheit.
Was bedeutet, Rust ist eine statisch typisierte Programmiersprache?
Eine statisch typisierte Sprache ist eine Programmiersprache, bei der die Datentypen von Variablen und Ausdrücken während der Übersetzungszeit (Kompilierzeit) bekannt sein müssen. Dies bedeutet, dass der Compiler bereits zur Übersetzungszeit sicherstellen kann, dass der Code bestimmten Regeln entspricht, bevor der Code überhaupt ausgeführt wird. Dadurch werden Fehler zur Laufzeit vermieden und die Entwickler können sicher sein, dass ihr Code von Anfang an korrekt ist.
Eine moderne, ausdrucksstarke Syntax bedeutet, dass die Programmiersprache über eine moderne, klare und gut lesbare Syntax verfügt, die es Entwicklern erleichtert, ihren Code zu schreiben und zu verstehen. Ausdrucksstark bedeutet hier, dass die Programmiersprache eine breite Palette von Sprachfunktionen und Ausdrücken bietet, um komplexe Algorithmen und Datenstrukturen auf eine einfache und verständliche Weise zu implementieren. Dies ermöglicht es Entwicklern, Code schneller zu schreiben und gleichzeitig die Lesbarkeit und Wartbarkeit des Codes zu verbessern.
Das bedeutet für den Programmier…
Somit bedeutet eine statisch typisierte Sprache mit einer modernen, ausdrucksstarken Syntax, für einen Softwareentwickler auf eine Programmiersprache zu setzen, bei es möglich ist vorab sicherzustellen, dass der erstellte Code fehlerfrei ist und gleichzeitig eine klare, leserliche und effektive Sprache verwendet werden kann um effiziente Anwendungen zu erstellen. Dies ist insbesondere für größere Projekte von Vorteil, in denen die Lesbarkeit und Wartbarkeit des Codes von entscheidender Bedeutung sind.
Was bedeutet das für Programmierung und Künstliche Intelligenz (KI)?
Rust als eine statisch typisierte Sprache mit einem modernen, ausdrucksstarken Syntax bietet viele Vorteile für die Programmierung im Kontext von KI. Rustprogrammierung kann dazu beitragen, dass Entwickler effizienter und sicherer programmieren können. Auch können KI-Systeme in der Programmierung eingesetzt werden, um bestimmte Aufgaben zu übernehmen, wie z.B. die automatische Optimierung von Code oder die automatische Generierung von Programmcode.
Allerdings bedeutet dies nicht, dass KI den Menschen als Programmierer ersetzen kann. Programmierung erfordert vorerst weiterhin menschliches Verständnis und kreative Fähigkeiten, um komplexe Probleme zu lösen und innovative Lösungen zu finden. Auch bei der Verwendung von KI in der Programmierung ist menschliches Eingreifen notwendig, um sicherzustellen, dass die KI korrekt arbeitet und die gewünschten Ergebnisse erzielt.
Eine weitere Einschränkung bei der Verwendung von KI in der Programmierung ist, dass KI-Systeme nur begrenzte Intelligenz und Fähigkeiten haben. Sie können nicht alle Aspekte der Programmierung abdecken und können nicht die menschliche Kreativität und Innovation ersetzen.
Es lässt sich also nur festhalten, dass eine statisch typisierte Sprache mit einer modernen, ausdrucksstarken Syntax und die Verwendung von KI-Systemen in der Programmierung viele Vorteile bietet, jedoch kann KI nicht den Menschen als Programmierer ersetzen. Die Programmierung erfordert bislang weiterhin menschliches Verständnis, Kreativität und Innovation, welches die KI-Systeme nicht vollständig nachbilden können.
Coding Guidelines für Rust
In Rust sollten Dateien normalerweise mit der Erweiterung „.rs“ benannt werden, um anzuzeigen, dass es sich um eine Rust-Quelldatei handelt.
Zum Beispiel „main.rs“ oder „my_module.rs“. Diese Konvention wird von den meisten Rust-Entwicklern befolgt und wird auch von den meisten IDEs und Texteditoren automatisch erkannt, um eine entsprechende Unterstützung für die Rust-Syntax und Rust-Funktionen zu aktivieren.
Rust-Coding Guidelines
Es gibt keine offiziellen Coding Guidelines für Rust, aber es gibt einige allgemeine Empfehlungen und Best Practices, die von der Rust-Community empfohlen werden, um eine einheitliche und gut lesbare Codebasis zu erstellen. Hier sind einige der wichtigsten Punkte:
1. Folge den Rust-Stilrichtlinien:
Rust hat offizielle Stilrichtlinien, die empfehlen, wie Code formatiert und strukturiert werden sollte. Diese Richtlinien sind in der „Rust Style Guide“ zu finden und beinhalten Empfehlungen für Einrückung, Zeilenlänge, Kommentierung und mehr.
2. Verwende sprechende Namen:
Benenne Variablen, Funktionen, Module und andere Elemente deines Codes so, dass ihr Zweck und ihre Funktion klar erkennbar sind. Vermeide Abkürzungen und akronymische Namen, die für andere Entwickler möglicherweise nicht offensichtlich sind.
3. Nutze Kommentare:
Verwende Kommentare, um deinen Code zu dokumentieren und zu erklären, was er tut und warum er so geschrieben wurde. Verwende jedoch nicht zu viele Kommentare, da gut strukturierter Code für sich selbst sprechen sollte.
4. Halte die Funktionen kurz und modular:
Versuche, Funktionen auf eine bestimmte Aufgabe zu beschränken und halte sie möglichst kurz. Lange Funktionen können schwieriger zu verstehen und zu warten sein. Zerlege Funktionen, die zu groß werden, in kleinere, wiederverwendbare Module.
5. Verwende Ergebnistypen statt Ausnahmen:
In Rust wird empfohlen, Ergebnistypen (Result<T, E>) statt Ausnahmen (Exceptions) zu verwenden, um Fehlerbehandlung und Rückgabe von Fehlern in Funktionen zu erleichtern.
6. Verwende den „match“-Ausdruck:
Der „match“-Ausdruck in Rust ist ein leistungsfähiges Konstrukt, das es ermöglicht, verschiedene Fälle von Eingabedaten zu behandeln. Es sollte bevorzugt verwendet werden, um eine einfache und gut strukturierte Codebasis zu gewährleisten.
7. Verwende Enums und Structs:
Rust bietet mächtige Konstrukte wie Enums und Structs, die dazu beitragen können, den Code gut strukturiert und verständlich zu gestalten. Nutze sie, um eine klare Hierarchie und eine gut definierte Datenstruktur zu schaffen.
8. Verwende „Cargo“ als Build-System:
„Cargo“ ist das Standard-Build-System für Rust, das von der offiziellen Rust-Toolchain bereitgestellt wird. Es erleichtert das Erstellen, Verwalten und Verteilen von Rust-Projekten.
9. Schreibe Unit-Tests:
Rust unterstützt die Schaffung von Unit-Tests, um sicherzustellen, dass dein Code korrekt funktioniert und keine unerwarteten Fehler enthält. Es wird empfohlen, Tests regelmäßig zu schreiben und durchzuführen.
10. Nutze Rust-Lints:
Rust-Lints sind Werkzeuge, die dir helfen, potenzielle Probleme und Fehler in deinem Code zu erkennen. Verwende sie, um deinen Code auf saubere und korrekte Weise zu schreiben.
Das solltest Du für Rust-Projekte berücksichtigen:
Diese Empfehlungen und Best Practices können dazu beitragen, eine konsistente und gut lesbare Codebasis zu erstellen. Sie sollten jedoch nicht als strikte Regeln betrachtet werden. Jedes Projekt hat unterschiedliche Anforderungen und Prioritäten, und es kann notwendig sein, einige der Empfehlungen anzupassen oder zu ändern, um den Bedürfnissen des Projekts gerecht zu werden.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Coding Guidelines für Rust nur eine Komponente des Entwicklungsprozesses sind. Es ist genauso wichtig, eine gute Softwarearchitektur und eine klare Dokumentation zu haben sowie Tests durchzuführen und Code-Reviews durchzuführen, um sicherzustellen, dass der Code robust und wartbar ist.
Letztendlich sollte das Ziel jeder Codebasis sein, eine hohe Codequalität zu erreichen, die die Lesbarkeit, Wartbarkeit, Skalierbarkeit und Robustheit fördert. Die Coding Guidelines für Rust können ein nützliches Werkzeug sein, um dieses Ziel zu erreichen, aber sie sind nur ein Teil des Puzzles.
Wozu kann ich Rust bei der Programmierung nutzen?
Rust ist eine maschinennahe Programmiersprache und eignet sich daher besonders gut zur Programmierung von:
Rust für kritische Programme und Dienste nutzen
Damit eignet sich Rustprogrammierung zur Programmierung kritischer Programme und Dienste in Bezug auf Leistung und IT-Sicherheit.
Speicher- und Thread-Sicherheit mit Rust garantieren
Dabei eignet sich Rust-Programmierung dazu um gleichzeitig Speicher- und Thread-Sicherheit zu garantieren, was Software-Entwickler*innen die Möglichkeit gibt, zur Kompilierungszeit zu debuggen.
Darüber hinaus verfügt Rust über eine hervorragende Dokumentation und einen benutzerfreundlichen Compiler mit erstklassigen Werkzeugen wie integrierten Paketmanagern und einem Multi-Editor mit Funktionen wie Typüberprüfung und Autovervollständigung.
Maschinennahe Programmiersprache Rust – Schnell – Sicher – Stabil
Rust verhindert Programm-Abstürze, und es ist sehr interessant, dass dieses Programmierwerkzeug standardmäßig sicher ist wie andere beliebte Programmiersprachen, etwa JavaScript, Ruby oder Python.
Rust Programming – System-Programmiersprache Rust – Rustprogrammierung
Rustprogrammierung ist viel leistungsfähiger als C/C++, weil das Rust-Konzept verhindert, dass wir fehlerhaften Code schreiben können. Diese maschinennahe Programmiersprache ist sehr schnell und bildet viele bewährte Programmierparadigmen sehr gut ab.
Warum gibt es die Programmiersprache Rust?
Es stellt sich jedoch die Frage, warum überhaupt eine neue Programmiersprache entwickelt werden muss, da es bereits so viele Programmiersprachen wie Python, C, C++, Java usw. gibt. Die Antwort darauf ist, dass die anderen Programmiersprachen eine Menge Kontrolle über die Hardware haben, die man ausführt, z.B. kann man sie gut optimieren, direkt in Assembler-Code übersetzen, aber das ist nicht sehr sicher.
Volle Kontrolle über alle Sicherheitsstufen
Rust bietet uns als Programmierer*in die vollständigen Kontrollmöglichkeiten und alle Sicherheitsstufen, die wir technisch realisieren können.
Wissenschaftlich seriöse Verifikation für Rust-Bibliotheken
Leider wird keiner der Sicherheitsansprüche hierzu formal bewiesen. Und es gibt gute Gründe zu bezweifeln, dass diese Behauptungen tatsächlich zutreffen. Insbesondere verwendet Rust ein starkes, eigentumsbasiertes Typsystem. Dieses wird dann aber in seiner Ausdruckskraft dieses Kerntypsystems durch Bibliotheken aufgeweicht, die intern unsichere Funktionen verwenden.
Wissenschaftlich nachweisbar ist hingegen über einen ersten formalen und maschinell geprüften Sicherheitsbeweis für eine Sprache, die eine realistische Teilmenge von der Rustsprache darstellt.
Dieser Beweis erweiterbar: Nachweisbar ist, dass für jede neue Rust-Bibliothek, die unsichere Eigenschaften verwendet, belegbar ist, welche Verifikations-Bedingung diese erfüllen muss, damit sie als sichere Erweiterung der Sprache gilt. Damit liegt eine wissenschaftlich seriöse Verifikation für einige der wichtigsten Bibliotheken vor, die im gesamten Rust-Ökosystem verwendet werden.
Rust-Programmierung: Rust und nichts anderes als Rust-Komponenten
Rust-Programme verwenden ausschließlich Rust, was bedeutet, dass alle Standard-Compiler-Bibliotheken in Rust geschrieben sind. Beeinflusst wurde das Konzept hierbei durch die Programmiersprache C.
Prototype Servo – Code-Projekt zur Etablierung der neuen Programmiersprache
Das größte Rust-Projekt „Servo“ – das ist ein Projekt, um eine vollständig parallele Layout-Engine für Browser wie Firefox oder WebKit in Safari zu schreiben. Servo ist also ein Prototyp einer Webbrowser-Engine, der vollständig in dieser neuen Programmiersprache geschrieben wurde. Er wird derzeit für 64-bit macOS, 64-bit Linux, 64-bit Windows und Android entwickelt.
Die Linux Foundation betreut das Engine-Projekt. Aktiv unterstützt wird es von Samsung und Huawei. Huawai’s Forschungssparte Futurewei widmet mit Samsung intensiv den hardwarenahen Eigenschaften.
Das Ziel ist diese Programmiersprache und deren Verbreitung weiterzuentwickeln, damit die Eigenschaften sicher, nebenläufig und praxisnah gewährleistet sind.
Rust Code Beispiel für das Handling von Referenzen
In diesem Rust-Beispiel wird eine String-Variable „s“ erstellt, die zum Eigentümer der Zeichenkette „Hello, world!“ wird.
Dann werden zwei Referenzen „r1“ und „r2“ auf „s“ erstellt, um auf die Daten zuzugreifen. Eine mutable Referenz „r3“ wird erstellt, um die Daten der Zeichenkette zu ändern. Am Ende wird die Eigentümerschaft der Zeichenkette automatisch freigegeben, wenn der Gültigkeitsbereich von „s“ endet.
Dieses Code-Beispiel in der Programmiersprache Rust zeigt, wie die Eigentümerschaft in Rust funktioniert, um sicherzustellen, dass nur Eigentümer auf die Daten zugreifen können und dass die Daten automatisch freigegeben werden, wenn sie nicht mehr benötigt werden. Dadurch wird das Risiko von Speicherlecks minimiert und es wird eine effiziente Speicherverwaltung ermöglicht. Alternative Begriffe für die hier genutzte Eigentümerschaft sind Beispiel „Besitz“, „Verwaltung“ oder „Zuständigkeit“ um die entsprechenden Berechtigungen für die Datenzugriffe zu regeln.
Was bedeutet immutable und mutable Referenz in Rust?
In Rust ist eine mutable Referenz eine Referenz auf eine Variable, die es erlaubt, deren Wert zu ändern. Eine mutable Referenz wird durch das „&mut“-Schlüsselwort in Rust gekennzeichnet. Im Gegensatz zu einer immutablen Referenz, die durch das „&“-Schlüsselwort gekennzeichnet wird und nur den Lesezugriff auf den Wert der Variable erlaubt, ermöglicht eine mutable Referenz dem Programmierer, den Wert der Variable zu ändern.
Es ist jedoch zu beachten, dass in Rust zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eine mutable Referenz auf eine Variable existieren kann. Dies dient dazu, Race Conditions und andere Arten von inkonsistentem Verhalten zu vermeiden, die durch den gleichzeitigen Zugriff mehrerer Threads auf dieselbe Variable verursacht werden können. Durch die Verwendung von mutable Referenzen in Rust können Entwickler*innen also sicherstellen, dass der Code sicher und frei von unerwarteten Seiteneffekten ist.
Kritik, Vorteile & Nachteile
Vorteile von Rust
Rust bietet eine starke Unterstützung für Nebenläufigkeit und paralleles Programmieren, indem sie den Entwicklern präzise Kontrolle über die Speicherverwaltung ermöglicht. Rust verfügt über ein innovatives Leihkonzept (borrowing) und einen strengen Compiler, der sicherstellt, dass der Code sicheres und deterministisches Verhalten aufweist.
Ein weiterer Vorteil von Rust ist, dass sie eine hohe Kompatibilität mit anderen Sprachen aufweist und einfach in bestehende Projekte integriert werden kann. Durch ihre starken Sicherheits- und Leistungsmerkmale ist Rust insbesondere für die Entwicklung von Systemsoftware, wie Betriebssystemen, Netzwerkprotokollen und eingebetteten Systemen, geeignet.
Insgesamt ist Rust eine leistungsfähige, moderne Programmiersprache, die sich durch ihre hohe Sicherheit, Zuverlässigkeit und Praktikabilität auszeichnet und sich ideal für die Entwicklung von sicherheitskritischer Software eignet.
Kritiker oder jene die das Potential von Rust unterschätzen, halten sie für nette neue Programmiersprache, aber ohne ein ausgewachsenes Ökosystem und ohne Garbage Collection. In bestehenden Legacy-Projekten wird befürchtet, dass sie in bestehenden Projekten zu schwerfällig und unproduktiv wäre. Diese vorschnelle, oft erste Einschätzung stimmt aber nicht mit der Realität überein: Tatsächlich führt Rust führt tatsächlich eine Garbage Collection durch, nur auf eine sehr sehr clevere Art und Weise.
Wer nur einen flüchtigen Blick auf die Website der neuen Programmiersprache wirft, findet schnell die Aussage, dass diese Sprache über keinen Garbage Collector verfügt. So etwas weckt schnell Erinnerungen. Es gab Zeiten, in denen Programmierer*innen Speicher aufwendig und manuell per malloc() zuweisen müssen. Das führt zwangsläufig dazu dass dieser Speicher später wieder freizugeben ist. Das bedeutet Mehraufwand und ist mit Risiken verbunden: Wenn Systemspeicher zu früh freigegeben wird, folgt unweigerlich ein Ausnahmefehler für ungültige Speicherzugriffe. Wer vergisst, den Speicher wieder freizugeben, verursacht ein Speicherleck. Die Anwendung endet abrupt mit einem Fehler. Nur erfahrene Programmierer umgehen diesen kritischen Fehler direkt beim ersten Anlauf.
Das Rust-Konzept für effizientes Speicherhandling
Auf den ersten Blick ist das Rustkonzept dem von C sehr ähnlich. Dies gilt vor allem in Bezug auf die Referenzierung und Dereferenzierung. Aber es hat einen einzigartigen Ansatz für den Umgang mit Speicher. Jedes Speichersegment ist Eigentum einer Referenz.
Rust-Vorteil: Daten stehen immer im Bezug von Variablen
Das ist ein echter Vorteil einer Programmiersprache: Aus der Sicht des Entwicklers gibt es immer eine Variable, der die Daten gehören. Sobald diese Variable den Gültigkeitsbereich verlässt oder nicht mehr erreichbar ist, wird entweder der Besitz an eine andere Variable übertragen oder der Speicher freigegeben.
Mit diesem Ansatz besteht keine Notwendigkeit mehr, die Erreichbarkeit für alle Daten zu berechnen. Stattdessen wird jedes Mal, wenn ein Benennungskontext geschlossen wird, z.B. durch Rückkehr von einem Funktionsaufruf, die Erreichbarkeit des verwendeten Speichers mit einem einfachen Algorithmus überprüft. Das klingt so gut, dass sich wahrscheinlich jede(r) erfahrene Entwickler*in sofort die Frage stellt: Wo ist der Haken?
Nachteile von Rust
Der Nachteil dabei ist, dass der/die Entwickler*in in der Verantwortung steht sich um den Besitz einer Variablen zu kümmern. Anstatt achtlos Verweise auf Daten in der gesamten Anwendung zu verteilen, muss bei der Softwareentwicklung die Eigentümerschaft gekennzeichnet sein. Wenn die Eigentümerschaft nicht klar definiert ist, gibt der Compiler einen Fehler aus und hört auf zu arbeiten.
Um zu beurteilen, ob dieser Ansatz im Vergleich zu einem traditionellen Garbage Collector tatsächlich hilfreich ist, stellen sich grundsätzlich zwei Fragen:
- Wie schwer ist es für eine(n) Entwickler*in, während der Entwicklung die Eigentümerschaft zu markieren? Wenn sich die ganze Kraft darauf konzentriert, den Compiler zu bekämpfen, anstatt die Probleme der Domäne zu lösen, schadet dieser Ansatz mehr als er hilft.
- Wie viel schneller ist die Rust-Lösung im Vergleich zu einem traditionellen Garbage Collector? Wenn der Gewinn nicht signifikant ist, warum sollten wir uns dann die Mühe machen?
In Rust funktioniert der &-Operator anders. Jede Datei ist immer im Besitz einer Variablen. Wenn eine Referenz auf Daten mit & erzeugt wird, wird dieser Besitz auf den Bereich der Referenz übertragen. Nur Eigentümer können auf die Daten zugreifen. Verlässt ein Eigentümer den Gültigkeitsbereich, können die Daten wieder freigegeben werden.
Fazit
Rust ist eine moderne Programmiersprache mit all dem Komfort, an den Entwickler*innen sich heutzutage gewöhnt haben. Die Programmiersprache nutzt einen neuen Ansatz für die Speicherverwaltung, der Entwickler*innen ein wenig zusätzlich fordert, dafür aber auch für eine hervorragende Leistung sorgt.
Somit bietet Rist Entwickler*innen all den Komfort bietet, den sie heutzutage benötigen. Der neue Ansatz für die Speicherverwaltung in Rust kann zwar eine zusätzliche Herausforderung darstellen, aber er bietet tatsächlich auch zahlreiche wertvolle Vorteile wie eine hervorragende Leistung und Sicherheit.
Die Sprache ist ideal für Anwendungen geeignet, bei denen Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit von entscheidender Bedeutung sind, wie z.B. Systemprogrammierung, Netzwerkprogrammierung oder die Entwicklung von Betriebssystemen. Rust hat eine schnell wachsende Community und wird ständig weiterentwickelt, um den Bedürfnissen der Entwicklerinnen gerecht zu werden. Insgesamt ist Rust eine vielversprechende Programmiersprache mit einer vielversprechenden Zukunft.
