对比学习 Go 和 Rust：介绍

介绍

Go 和 Rust 首次公开分别是 2009 年和 2010 年，是两种相对比较新的语言，在发布时都自称为系统级编程语言，并在发布后都获得了广泛的关注和应用。两者的特征和应用领域有一定的重合，但也差异显著。许多人在最初会选择其中一个，但后来往往由于特定的应用需求，或仅仅出于学习兴趣，会进一步选择另外一种语言。对于像我这样水平一般的人，同时学习多种语言是比较困难的，经常是学会一个而忘记另外一个。为了能同时学会这两种语言，最好是对两者的各个关键知识点进行深入的对比，弄清这些关键知识点的主要区别、设计初衷、优缺点、惯用法等。这种学习方法会非常累人，但也卓有成效。在学习过程中，我将会把学习成果整理为你所看到的这个《对比学习 Go 和 Rust》的系列学习笔记。希望通过此笔记整理自己的学习成果，供自己日后查阅，同时也希望能为同样同时学习 Go 和 Rust 的朋友提供参考。

鉴于目前已经有很多关于 Go 和 Rust 语言的学习资料了，此系列笔记将会略过一些简单的内容，尽量做到简明扼要，不强调系统性，不去深挖语言的实现原理，也没有循序渐进的特点。因此，此系列笔记只能作为同时学习这两门语言的辅助材料，且不适合初学者。由于 Go 相比 Rust 要简单很多，此系列学习笔记尤其适合那些已经学会 Go，又想进一步学习 Rust 的朋友阅读。

简单对比

关于这两种语言的介绍资料已经有很多了，这里只给出两句话介绍：

Go 是一个通用的系统级编程语言，具有表达能力强、简洁、干净和高效的特点，可用于构建大型、快速、可靠和高效的软件。
Rust 也是一种通用的系统级编程语言，具有高性能、可靠和生产力强的特点，可用于构建可靠且高效的软件。

Go 和 Rust 有许多共同的特征，两者同时配享有如下标签：现代、开源、通用、编译型、强类型、表达力强、高性能、高并发、内存安全、模块化、可扩展、跨平台，等等。

要更加深入地理解两个语言的不同，更应该回溯两者的推出动机。Go 的推出主要是为了解决以下痛点：现有的编译型和静态类型语言普遍存在复杂、难以使用、编译速度慢等问题，而解释型和动态类型语言则存在运行速度慢、非类型安全、对大型复杂项目的适用性差的问题。Go 主要在简单性、类型安全、编译速度快、运行效率高、易于实现并发方面取得了成功。而 Rust 推出的动机则更为单纯，它是在保留 C/C++ 高效和低层控制能力的同时，解决这两个语言存在的安全性和便利性问题。

两者的差异主要表现在：

简单性：Go 很简单，在特性选择上属于够用就好，很多特性像动态脚本语言一样灵活，因此易学易用；Rust 则复杂得多，包含许多强大且有用的特性，因此具有较多的编程范式，实现相同功能其代码量会更少，但难以学习。
性能：两者都被编译为原生机器码，因此 Go 不弱，但 Rust 很强；Rust 的设计遵循零开销抽象的原则，使其能在特性丰富的同时保持高性能，实属不易。
编译速度：Go 很快，Rust 比较慢。
内存安全：Go 通过自动垃圾回收实现类型安全，而 Rust 则创新性地通过所有权系统、借用和生命周期实现类型安全，。
并发支持：对并发的原生支持是 Go 的重要特色，Rust 当然也可以进行并发编程，但不如 Go 成熟和容易；不过 Go 的并发主要适用于高吞吐量的网络服务这一应用领域，对于其他领域的并行计算，Go 反倒不如 Rust。
可控性：Rust 更接近计算机底层，能更精确地管理计算机内存及其他资源。
一致性：Go 语言的简单看起来有点像黑魔法，其内部实现和语言要求是不一致的，Rust 则更为一致。
错误处理：Go 繁琐的错误处理方法经常引起争议，Rust 在这方面则较少争议，不过两者的底层思想其实差异不大。
生态：相对于 Rust，Go 更成熟，相关代码库的数量也更多，因此生态更好。
应用领域：Go 常用来写 Web 应用、数据库开发、网络编程。Rust 适合用来写命令行、网络服务、WebAssembly、嵌入式程序，等等。其中命令行和网络服务用 Go 也完全可以胜任，在 WebAssembly 领域 Go 不如 Rust，而在嵌入式领域 Go 则更难胜任。

这两种语言的编程思想存在较大的差异。Go 语言的编程思想基本上可用“大道至简”来形容，即只往语言中添加一些必不可少的特性，从而使其保持简洁和干净。而 Rust 则为了实现内存安全、高性能、零开销抽象等目标而绞尽脑汁，可谓无所不用其极。这导致 Rust 看起来有点怪异、学究气，学习曲线陡峭，不过好在 Rust 已经构建了一套完整的体系，实现了自己的目标。

如何选择？

许多人在 Go 和 Rust 之间进行选择时，都会首先问哪个语言更好。这是个见仁见智的问题，不同的人往往会有不同的答案。简单想一想，这两种语言之所以变得越来越流行，是因为针对这两种语言所做的创新性努力得到了人们的认可，能够应用他们解决一些实际痛点，两者都是优秀的语言。

个人看来，要在这两种语言之间进行选择，主要应该考虑应用场景、开发速度和掌控能力。

首先说应用场景，Go 和 Rust 的应用领域虽然有重合，但也有较大差异。Go 要更偏重业务开发，而 Rust 更偏重底层技术。因此，如果你的应用领域更偏底层、对性能敏感，如操作系统、驱动开发、游戏引擎、WebAssembly、嵌入式，那么就选 Rust；而其他则可以同时选择 Go 或 Rust。

其次，在开发速度上，尽管 Rust 也声称能够快速开发，但由于该语言本身的复杂性，实际上其开发速度是不如 Go 的，如果你正在开发一个需要快速开发和部署的系统，尽量还是选择 Go。

最后，要考虑自己和团队对语言的掌控能力。不要相信网上经常有人声称的区区数天精通某种编程语言的炫耀，其实精通任何一门语言都不是那么容易的，需要长期的主动学习，更何况 Rust 是以学习曲线陡峭著称的。因此，当你决心用 Rust 语言时，很可能面临一个很现实的问题：你或你的团队没有足够的精力、能力或毅力来真正学会这个语言。相对来说，Go 的学习成本则低很多。

安装和更新

这里只介绍在 Linux 操作系统下的安装和更新。许多 Linux 发行版的软件仓库中已经有 Go 或 Rust 了，但常常又不是最新版本，因此这里介绍如何手动安装最新版本。

安装

Go 语言的安装步骤：

从官网（或国内镜像）下载对应版本、对应操作系统、对应处理器架构的安装包，如 go1.17.6.linux-amd64.tar.gz，将其内容解压到 /usr/local 目录中，这将创建 /usr/local/go 目录树：
```
$ wget https://golang.google.cn/dl/go1.17.6.linux-amd64.tar.gz
$ sudo rm -rf /usr/local/go
$ sudo tar -C /usr/local -xzf go1.17.6.linux-amd64.tar.gz
```
将 /usr/local/go/bin 添加到 PATH 环境变量列表中，这可通过在 $HOME/.profile 或 /etc/profile（对操作系统全局安装时选择）文件中添加如下一行：
```
export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin
```
可通过运行 source $HOME/.profile 使以上改动快速生效。
通过运行以下命令验证安装是否成功：
```
$ go version
```
如果打印正确的版本，如 go version go1.17.6 linux/amd64，则表明安装成功。

Rust 语言的安装步骤：

类 Unix 系统中一般运行如下命令通过 rustup 脚本安装 Rust：
```
$ curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
```
这将在 $HOME/.cargo 目录装安装 Rust。以上命令同时会自动将 Rust 的二进制文件路径添加到 PATH 环境变量中, 通常在 .profile 文件的末尾可以看到如下一行：
```
export PATH="$HOME/.cargo/bin:$PATH"
```
可通过运行 source $HOME/.profile 使以上改动快速生效。
通过运行以下命令验证安装是否成功：
```
$ cargo --version
```
如果打印正确的版本，如 cargo 1.57.0 (b2e52d7ca 2021-10-21)，则表明安装成功。

更新

要更新 Go，请重复以上安装步骤的第一步。即直接下载最新的安装包，并覆盖已有的安装包。

要更新 Rust，请运行如下命令：

$ rustup update

卸载

要卸载 Go，请首先删除 /usr/local/go 目录：

$ sudo rm -rf /usr/local/go

然后再删除 $HOME/.profile 或 /etc/profile 文件中的如下一行：

export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin

要卸载 Rust，请运行如下命令：

$ rustup self uninstall

`Hello, world!` 程序

就像大多数初次入门教程那样，奉上这两门语言的 Hello, world! 程序代码。

Go：

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Printf("Hello, world!\n")
}

Rust：

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

猜数字游戏

在官方的Rust 程序设计语言一书中，在第 2 章专门详细介绍了一个猜数字游戏。本章再次列出该程序代码，同时用 Go 实现相同的程序，为的是通过对比，能初步了解两种语言的异同。

Rust

以下是用 Rust 实现的猜数字游戏的构建过程：

$ cargo new guessing_game
$ cd guessing_game
$ echo 'rand = "0.9.0"' >> Cargo.toml
$ code src/main.rs # 并在 main.rs 中输入下面的代码
$ cargo run

Rust 程序设计语言中的猜数字游戏：

use rand::Rng;
use std::cmp::Ordering;
use std::io;

fn main() {
    println!("Guess the number!");

    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);

    loop {
        println!("Please input your guess.");

        let mut guess = String::new();

        io::stdin()
            .read_line(&mut guess)
            .expect("Failed to read line");

        let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
            Ok(num) => num,
            Err(_) => continue,
        };

        println!("You guessed: {}", guess);

        match guess.cmp(&secret_number) {
            Ordering::Less => println!("Too small!"),
            Ordering::Greater => println!("Too big!"),
            Ordering::Equal => {
                println!("You win!");
                break;
            }
        }
    }
}

Go

以下是用 Go 实现的猜数字游戏的构建过程：

$ mkdir guessinggame
$ cd guessinggame
$ touch main.go
$ go mod init example.com/guessinggame
$ code main.go # 并在 main.go 中输入下面的代码
$ go run .

这样在 guessinggame 目录将存在两个文件，main.go 和 go.mod，其中 go.mod 文件的内容如下：

module example.com/guessinggame

go 1.17

接下来就是在 main.go 文件中写代码了，这里直接填写最终的代码：

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "time"
)

func main() {
    fmt.Println("Guess the number!")

    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    secretNumber := rand.Intn(101)

Loop:
    for {
        fmt.Println("Please input your guess.")
        guess := -1

        _, err := fmt.Scanln(&guess)
        if err != nil {
            fmt.Println("Failed to read line：", err)
            continue
        }

        switch {
        case guess < secretNumber:
            fmt.Println("Too small!")
        case guess > secretNumber:
            fmt.Println("Too big!")
        case guess == secretNumber:
            fmt.Println("You win!")
            break Loop
        }
    }
}

其实即便是这种简单的程序，前面的 Rust 和后面的 Go 的表现也不完全一样。你可以在一行中同时输入用空格分隔的两个数字看看情况，或者输入非数字试试。

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