Rust в действии

Предисловие....15 Благодарности....17 О книге....19 Кому следует прочитать эту книгу....19 Организация книги: дорожная карта....19 О программном коде....21 Дискуссионный форум liveBook....21 Другие онлайн-ресурсы....22 Об авторе....22 Об иллюстрации на обложке книги....22 Глава 1. Введение в Rust....23 1.1. Где используется Rust?....24 1.2. С какой целью была написана книга «Rust в действии»....25 1.3. Вкус языка....26 1.3.1. Хитрый путь к «Hello, world!»....27 1.3.2. Ваша первая программа на Rust....29 1.4. Загрузка исходного кода книги....30 1.5. На что похож Rust?....31 1.6. В чем заключается особенность Rust?....34 1.6.1. Цель создания Rust: безопасность....36 1.6.2. Цель создания Rust: производительность....41 1.6.3. Цель создания Rust: управляемость....43 1.7. Особые возможности Rust....45 1.7.1. Достижение высокой производительности....45 1.7.2. Многопоточное выполнение программ....46 1.7.3. Достижение эффективной работы с памятью....46 1.8. Недостатки Rust....46 1.8.1. Циклические структуры данных....46 1.8.2. Время, затрачиваемое на компиляцию....46 1.8.3. Строгость....47 1.8.4. Объем языка....47 1.8.5. Излишний ажиотаж....47 1.9. Примеры использования TLS-безопасности....47 1.9.1. Heartbleed....48 1.9.2. Goto fail....48 1.10. Для чего Rust подходит лучше всего?....50 1.10.1. В утилитах командной строки....50 1.10.2. В обработке данных....51 1.10.3. В расширяемых приложениях....51 1.10.4. В средах с ограниченными ресурсами....51 1.10.5. В серверных приложениях....52 1.10.6. В приложениях для ПК....52 1.10.7. В автономном режиме....52 1.10.8. В мобильных приложениях....53 1.10.9. В веб-режиме....53 1.10.10. В системном программировании....53 1.11. Скрытая фишка Rust: его сообщество....54 1.12. Разговорник по Rust....54 Резюме....54 Часть I. Особенности языка Rust....57 Глава 2. Основы языка....59 2.1. Создание работоспособной программы....60 2.1.1. Компиляция одиночных файлов с помощью утилиты rustc....60 2.1.2. Компиляция Rust-проектов с использованием cargo....61 2.2. Взгляд на синтаксис Rust....62 2.2.1. Определение переменных и вызов функций....63 2.3. Числа....64 2.3.1. Целые и десятичные (с плавающей точкой) числа....65 2.3.2. Записи целых чисел с основанием 2, 8 и 16....66 2.3.3. Сравнение чисел....68 2.3.4. Рациональные, комплексные числа и другие числовые типы....73 2.4. Управление ходом выполнения программы....76 2.4.1. For: основной механизм итераций....76 2.4.2. Continue: пропуск оставшейся части текущей итерации....78 2.4.3. While: выполнение цикла, пока не изменится состояние условия....78 2.4.4. Loop: основа для циклических конструкций Rust....79 2.4.5. Break: прерывание цикла....80 2.4.6. If, if else и else: условное ветвление....81 2.4.7. Match: соответствие образцу с учетом типов....82 2.5. Определение функций....84 2.6. Использование указателей....85 2.7. Проект: визуализация множества Мандельброта....86 2.8. Расширенные определения функций....90 2.8.1. Явные аннотации времени жизни....90 2.8.2. Обобщенные функции....92 2.9. Создание grep-lite....95 2.10. Создание списков с использованием массивов, слайсов и векторов....99 2.10.1. Массивы....99 2.10.2. Слайсы....101 2.10.3. Векторы....102 2.11. Включение стороннего кода....104 2.11.2. Создание документации по сторонним контейнерам в локальной среде....107 2.11.3. Управление имеющимся в Rust набором инструментальных средств с помощью rustup....107 2.12. Поддержка аргументов командной строки....108 2.13. Чтение данных из файлов....110 2.14. Чтение из стандартного устройства ввода stdin....113 Резюме....114 Глава 3. Составные типы данных....117 3.1. Использование простых функций для экспериментов с API....117 3.2. Моделирование файлов с помощью struct....120 3.3. Добавление методов к структуре struct путем использования блока impl....125 3.3.1. Упрощение создания объектов за счет реализации метода new ()....126 3.4. Возвращение сообщений об ошибках....129 3.4.1. Изменение значения известной глобальной переменной....129 3.4.2. Использование возвращаемого типа Result....135 3.5. Определение и использование перечисления епшп....138 3.5.1. Использование епшп для управления внутренним состоянием....141 3.6. Определение общего поведения с помощью типажей....143 3.6.1. Создание типажа Read....143 3.6.2. Реализация std::fmt::Display для ваших собственных типов....145 3.7. Выставление своих типов на всеобщее обозрение....148 3.7.1. Protecting private data Защита личных данных....148 3.8. Создание встроенной документации ваших проектов....149 3.8.1. Использование rustdoc для визуализации документов, касающихся одного исходного файла....151 3.8.2. Использование cargo для визуализации документов для контейнера и его зависимостей....151 Резюме....153 Глава 4. Время жизни, владение и заимствование....155 4.1. Реализация имитации наземной станции CubeSat....156 4.1.1. Выявление первой проблемы, связанной со временем жизни....158 4.1.2. Особое поведение элементарных типов....161 4.2. Справочник по рисункам, используемым в этой главе....163 4.3. Кто такой владелец? Есть ли у него какие-либо обязанности?....164 4.4. Как происходит переход владения....165 4.5. Решение проблем, связанных с владением....167 4.5.1. Если полное владение не требуется, используйте ссылки....170 4.5.2. Сократите количество долгоживущих значений....173 4.5.3. Продублируйте значение....180 4.5.4. Заключите данные в специальные типы....184 Резюме....186 Часть II. Демистификация системного программирования....189 Глава 5. Углубленное изучение данных....191 5.1. Комбинации битов и типы....191 5.2. Жизнь целых чисел....194 5.2.1. Усвоение порядка следования байтов....197 5.3. Представление десятичных чисел....198 5.4. Числа с плавающей точкой....199 5.4.1. Взгляд на f32 изнутри....200 5.4.2. Выделение знакового бита....201 5.4.3.Выделение экспоненты....202 5.4.4. Выделение мантиссы....203 5.4.5. Разбиение числа с плавающей точкой на составные части....205 5.5. Форматы чисел с фиксированной точкой....207 5.6. Генерация случайных вероятностей из случайных байтов....213 5.7. Реализация центрального процессора (CPU), чтобы удостовериться, что функции также являются данными....215 5.7.1. CPU RIA/1: сумматор....215 5.7.2. Полный листинг кода для CPU RIA/1: сумматор....220 5.7.3. CPURIA/2: мультипликатор....222 5.7.4. CPU RIA/3: блок вызова....226 5.7.5. CPU 4: добавление всего остального....233 Резюме....233 Глава 6. Память....235 6.1. Указатели....235 6.2. Исследование типов ссылок и указателей, имеющихся в Rust....238 6.2.1. Обычные указатели, используемые в Rust....243 6.2.2. Экосистема указателей Rust....246 6.2.3. Строительные блоки интеллектуальных указателей....248 6.3. Предоставление программам памяти для размещения их данных....249 6.3.1. Стек....250 6.3.2. Куча....252 6.3.3. Что такое динамическое распределение памяти?....256 6.3.4. Анализ влияния, оказываемого динамическим выделением памяти....264 6.4.Виртуальная память....266 6.4.1. История вопроса....266 6.4.2. Шаг 1. Сканирование процессом собственной памяти....267 6.4.3. Преобразование виртуальных адресов в физические....271 6.4.4. Шаг 2. Работа с операционной системой для сканирования адресного пространства....274 6.4.5. Шаг 3. Чтение и запись в память процесса....277 Резюме....277 Глава 7. Файлы и хранилища....279 7.1. Что такое формат файла?....279 7.2. Создание собственных форматов файлов для хранения данных....281 7.2.1. Запись данных на диск с помощью serde и формата bincode....281 7.3. Реализация клона hexdump....284 7.4. Файловые операции, проводимые в Rust....288 7.4.1. Открытие файла в Rust и управление его режимом доступности....288 7.4.2. Безопасное взаимодействие с файловой системой с помощью std::fs::Path....289 7.5. Реализация хранилища «ключ-значение» с архитектурой, структурированной по записям и доступной только для добавления....291 7.5.1. Модель «ключ-значение»....291 7.5.2. Представление actionkv vl: хранилище ключей и значений в памяти с интерфейсом командной строки....292 7.6. Actionkv vl: интерфейсный код....293 7.6.1. Настройка продукта условной компиляции....296 7.7. Понимание сути actionkv: контейнер libactionkv....298 7.7.1. Инициализация структуры ActionKV....298 7.7.2. Работа с отдельно взятой записью....302 7.7.3. Запись многобайтных двоичных данных на диск в гарантированном порядке следования байтов....304 7.7.4. Проверка ошибок ввода-вывода с помощью контрольных сумм....306 7.7.5. Вставка в существующую базу данных новой пары «ключ-значение»....309 7.7.6. Полный код листинга для actionkv....310 7.7.7. Работа с ключами и значениями с использованием HashMap и ВТгееМар....315 7.7.8. Создание HashMap и ее заполнение значениями....318 7.7.9. Извлечение значений из HashMap и ВТгееМар....319 7.7.10. Что выбрать: HashMap или ВТгееМар?....320 7.7.11. Добавление к actionkv v2.0 индекса базы данных....322 Резюме....326 Глава 8. Работа в сети....327 8.1. Все о сетевой работе в семи абзацах....328 8.2. Создание HTTP GET-запроса с использованием reqwest....330 8.3. Типажные объекты....332 8.3.1. На что способны типажные объекты?....332 8.3.2. Что такое типажные объекты?....333 8.3.3. Создание небольшой ролевой игры: rpg-проект....333 8.4. TCP....337 8.4.1. Что такое номер порта?....339 8.4.2. Преобразование имени хоста в IP-адрес....339 8.5. Способы обработки ошибок, наиболее удобные для помещения в библиотеки....347 8.5.1. Проблема: невозможность возвращения нескольких типов ошибок....347 8.5.2. Заключение в оболочку нижестоящих ошибок путем определения нашего собственного типа ошибки....351 8.5.3. Фокусы с unwrap() и expect()....358 8.6. МАС-адреса....358 8.6.1. Создание МАС-адресов....360 8.7. Реализация конечных автоматов с помощью перечислений....362 8.8. Чистый TCP....363 8.9. Создание виртуального сетевого устройства....363 8.10. «Чистый» HTTP....365 Резюме....376 Глава 9. Время и хронометраж....377 9.1. Предыстория вопроса....378 9.2. Источники времени....380 9.3. Определения....380 9.4. Кодирование времени....382 9.4.1. Представление часовых поясов....383 9.5. clock vO.l.O: учим приложение сообщать о времени....383 9.6. clock v0.1.1: форматирование меток времени в соответствии с ISO 8601 и стандартами электронной почты....384 9.6.1. Реструктуризация кода clock vO.l.O с целью более широкой архитектурной поддержки....385 9.6.2. Форматирование времени....386 9.6.3. Предоставление полноценного интерфейса командной строки....387 9.6.4. clock v0.1.1: полный проект....388 9.7. clock vO.1.2: установка времени....392 9.7.1. Общее поведение....392 9.7.2. Установка времени для операционных систем, использующих libc....392 9.7.3. Установка времени в MS Windows....395 9.7.4. clock vO.1.2: листинг полного кода....397 9.8. Более совершенные способы обработки ошибок....401 9.9. clock v0.1.3: вычисление разницы показания часов с показанием протокола сетевого времени — Network Time Protocol (NTP)....402 9.9.1. Отправка NTP-запросов и интерпретация ответов....402 9.9.2. Корректировка местного времени по ответу сервера....405 9.9.3. Преобразования между представлениями о времени, использующими различные степени точности и эпохи....407 9.9.4. clock vO.1.3: листинг полной версии кода....409 Резюме....417 Глава 10. Процессы, потоки и контейнеры....419 10.1. Безымянные функции....420 10.2. Порождение потоков....421 10.2.1. Введение в замыкания....421 10.2.2. Порождение потока....422 10.2.3. Эффект от порождения нескольких потоков....423 10.2.4. Эффект от порождения множества потоков....424 10.2.5. Воспроизведение результатов....426 10.2.6. Совместно используемые переменные....430 10.3. Отличие замыканий от функций....433 10.4. Аватары, процедурно генерируемые из многопоточного парсера и генератора кода....434 10.4.1. Как запустить проект render-hex, и как выглядит его предполагаемый вывод....434 10.4.2. Обзор однопоточной версии render-hex....435 10.4.3. Порождение потока для каждой логической задачи....446 10.4.4. Использование пула потоков и очереди задач....449 10.5. Конкурентные вычисления и виртуализация задач....457 10.5.1. Потоки....460 10.5.2. Что такое контекстное переключение?....460 10.5.3. Процессы....460 10.5.4. WebAssembly....461 10.5.5. Контейнеры....461 10.5.6. А зачем вообще использовать операционную систему?....461 Резюме....462 Глава 11. Ядро операционной системы....463 11.1. Оперяющаяся операционная система (FledgeOS)....463 11.1.1. Настройка среды разработки под создание ядра операционной системы....463 11.1.2. Проверка среды разработки....465 11.2. FledgeOS-О: получение хоть чего-то работоспособного....466 11.2.1. Первая загрузка....466 11.2.2. Инструкции по компиляции....468 11.2.3. Листинги исходного кода....469 11.2.4. Способы справиться с паникой....474 11.2.5. Вывод информации на экран с использованием VGA-совместимого текстового режима....475 11.2.6 _start (): функция main () для FledgeOS....477 11.3. fledgeos-1: избавление от цикла занятости....477 11.3.1. Экономия ресурсов за счет прямого взаимодействия с центральным процессором....477 11.3.2. Исходный код fledgeos-1....478 11.4. fledgeos-2: самостоятельная обработка исключений....479 11.4.1. Почти что правильная обработка исключений....479 11.4.2. Исходный код fledgeos-2....480 11.5. fledgeos-З: текстовый вывод....481 11.5.1. Вывод на экран цветного текста....482 11.5.2. Управление представлением перечислений в памяти....482 11.5.3. Зачем использовать перечисления?....483 11.5.4. Создание шрифта для вывода информации в буфер кадра VGA....483 11.5.5. Вывод на экран....484 11.5.6. Исходный код fledgeos-3....485 11.6. fledgeos-4: специализированная обработка паники....487 11.6.1. Реализация обработчика паники, сообщающего пользователю об ошибке....487 11.6.2. Повторная реализация panic() с использованием core::fmt::Write....487 11.6.3. Реализация core: Write....488 11.6.4. Исходный код fledge-4....489 Резюме....491 Глава 12. Сигналы, прерывания и исключения....493 12.1. Глоссарий....493 12.1.1. Сравнение сигналов и прерываний....495 12.2. Влияние прерываний на приложения....496 12.3. Программные прерывания....498 12.4. Аппаратные прерывания....499 12.5. Обработка сигналов....499 12.5.1. Поведение по умолчанию....499 12.5.2. Приостановка и возобновление работы программы....500 12.5.3. Перечень всех сигналов, поддерживаемых операционной системой....503 12.6. Обработка сигналов с помощью настраиваемых действий....504 12.6.1. Применение в Rust глобальных переменных....505 12.6.2. Использование глобальной переменной для указания на инициирование завершения выполнения программы....507 12.7. Отправка сигналов, определяемых в приложении....510 12.7.1. Общие сведения об указателях на функции и их синтаксисе....511 12.8. Игнорирование сигналов....512 12.9. Завершение работы из глубокой вложенности в стеке вызовов....514 12.9.1. Представление проекта sjlj....516 12.9.2. Настройка встроенных функций для их использования в программе....517 12.9.3. Приведение указателя к другому типу....519 12.9.4. Компиляция кода проекта sjlj....520 12.9.5. Исходный код проекта sjlj....521 12.10. Заметка о применении этих методов на платформах, не использующих сигналы....524 12.11. Пересмотр исключений....524 Резюме....525