زبان برنامه نویسی Rust چیست؟ + مزایا و معایب آن
زبان برنامه نویسی Rust از جمله زبانهای برنامه نویسی سطح بالا محسوب میشود که با بهره گیری از امکانات متعددی مانند ایمنی، سرعت و خیلی موارد دیگر در تلاش است تا مشکلات برنامه نویسی زبانهای مختلفی مثل C و C++ را حل نماید. زبان برنامه نویسی راست از زبانهای برنامه نویسی مختلف الهام گرفته و به اصلاح و بهبود آنها نیز پرداخته است. این امر منجر به تبدیل آن به یک زبان برنامه نویسی مدرن شده است. اصلاحات انجام شده در زمینههای مختلفی هستند که برای مثال میتوان به بهبود امنیت، مدیریت منابع، بهینه سازی ساختار کدها و این دست از موارد اشاره کرد. ادغام تمامی این موارد با یکدیگر باعث شده تا برنامه نویسان با بهره گیری از زبان برنامه نویسی Rust کدهای سریع و قابل اطمینان بنویسند.
استفاده از Rust میزان باگ و آسیب پذیری نرم افزارها را کاهش میدهد. این امر باعث میشود تا شرکتهای بزرگ و کوچک در سراسر جهان از Rust به عنوان یک ابزار قدرتمند برای توسعه نرم افزار استفاده کنند.
ویژگیهای زبان برنامه نویسی Rust
در این بخش قصد داریم تا به توضیح درباره ویژگیهای زبان برنامه نویسی Rust بپردازیم.
مدیریت منابع
مدیریت منابع در زبانهای برنامه نویسی عبارت است از مدیریت مجموعه منابعی که برنامهها برای اجرای خود به آنها نیاز دارند. با انجام این کار میتوان از مصرف بی رویه و نادرست منابع جلوگیری کرد و بهبود کارایی و عملکرد را به همراه آورد. در حال حاضر زبانهای برنامه نویسی زیادی با بهره گیری از روشهای مختلف به مدیریت منابع میپردازند که زبان برنامه نویسی راست را نیز شامل میشود. این زبان با بهره گیری از مفاهیمی مانند رفرنسهای قوی و اجرای ایمن برنامهها از خطاهای حافظه و مدیریت منابع جلوگیری میکنند.
در کل، مدیریت منابع موجب افزایش کارایی و کیفیت برنامه و همچنین جلوگیری از مشکلاتی مانند نشت حافظه و اشکالات امنیتی میشود که این موارد مهمی در توسعه نرم افزارهای پایدار و با کیفیت هستند.
کم هزینه بودن
با بهره از این زبان برنامه نویسی شما میتوانید کارهای خود را بدون هزینه اضافه انجام دهید. این امر در زبان برنامه نویسی Rust به این صورت است که توسعه دهندگان میتوانند حافظه را به صورت مستقیم و بدون هزینه اضافی مدیریت کنند.
امنیت بالا
امنیت بالای حافظه از ویژگیهای مهم زبان برنامه نویسی راست به شمار میرود. این زبان با استفاده از مفاهیم و قواعد در مدیریت حافظه به تضمین امنیت کمک میکند. Rust با استفاده از مکانیزمهای ایمنی و بررسیهای کامپایلر، از خطراتی مثل دسترسی غیر مجاز به حافظه و خرابی جلوگیری میکند. این ویژگی به برنامه نویسان اطمینان میدهد که برنامههایشان از مشکلات مرتبط با حافظه مانند دسترسی غیرمجاز و خطاهای رایج حافظه در امان هستند و برنامهها به طور کلی پایدارتر، امنتر، و کمتر به مشکلات و باگهای حافظه دچار میشوند.
سرعت اجرا
وقتی صحبت از معیارهای عملکرد میشود، Rust به دلیل فرآیند کامپایل کارآمد و سرعت اجرای بالا، از بسیاری از زبانهای دیگر پیشی میگیرد. این امر Rust را به ویژه برای برنامههایی که سرعت در آنها بسیار مهم است، مانند سیستمهای بلادرنگ یا نرم افزارهایی با عملکرد حیاتی، کاربردی میکند.
همزمانی (Concurrency)
زبان برنامه نویسی Rust مزیت منحصر به فردی به نام Concurrency ارائه میدهد. همزمانی به این معناست که برنامه توانایی انجام چندین فرآیند را به صورت مستقل از هم و همزمان داشته باشد. توسعه دهندگان میتوانند به لطف پایبندی دقیق این زبان به اصول ایمنی، با اطمینان خاطر کد همزمان بنویسند. کامپایلر Rust مشکلات احتمالی را در زمان کامپایل تشخیص داده و در زمان اجرا از وقوع آنها جلوگیری میکند.
رویکرد منحصر به فرد در مقابل چالشهای برنامه نویسی
رویکردهای منحصر به فرد زبان Rust در مقابل چالشهای برنامه نویسی از سایر زبانها متمایز است. این زبان تعادلی بین کنترل سطح پایین بر منابع سیستم و انتزاعات سطح بالا ارائه میدهد که برای طیف وسیعی از برنامهها را مناسب میسازد.
مزایای زبان برنامه نویسی Rust
ویژگیهای جالب زبان راست آن را به گزینه بسیاری از توسعه دهندگان تبدیل کرده است، راست مزایای بسیاری دارد که برخی از آنها عبارتند از:
امنیت پیشرفته
طراحی زبان برنامه نویسی راست به گونهای است که امنیت را اولویت خود قرار داده است. این امنیت به توسعه دهندگان، مکانیزمهای قدرتمندی برای اصلاح و پیشگیری از وقوع مشکلات برای برنامهها میدهد.
بررسی خطا در زمان کامپایل
یکی از ویژگیهای مهم در زبان راست، قابلیت فهمیدن خطا در زمان کامپایل است که در زبانهای C یا ++C منجر به باگها و رفتارهای تعریف نشده میشود. Rust با شناسایی خطاها در زمان کامپایل، تضمین میکند که نرم افزار عاری از مشکلات بحرانی است که میتواند عملکرد آن را مختل کند.
توسعه Cross-Platform
توسعه چند سکویی یا همان کراس پلتفرم باعث میشود زبان Rust از پلتفرمهای متنوع (دسکتاپ، موبایل و…) بدون نیاز به تغییرات گسترده پشتیبانی کند. Rust امکان تولید نرم افزارهای سازگار و مقاوم را فراهم میسازد. همچنین قابلیت تعامل بسیاری با زبانهای دیگر دارد و میتوان به راحتی از کتابخانهها و کدهای موجود در پروژههای Rust استفاده کرد. این ویژگی راست را برای تیمهای چندزبانه و پروژههای مقیاس پذیر به گزینهای ایده آل تبدیل میکند.
اکوسیستم پویا
زبان برنامه نویسی Rust دارای جامعهای پویا و اکوسیستمی غنی است که شامل کتابخانهها، ابزارها و منابع آموزشی فراوان است. توسعه دهندگان میتوانند با بهره گیری از فریم ورکها و ابزارهای کاربردی در زمینههای مختلف، روند توسعه را سریعتر و کارآمدتر پیش ببرند. مستندات کامل، آموزشهای جامع و کانالهای پشتیبانی نیز در دسترس هستند که یادگیری و رفع اشکال را سادهتر میکنند. این پشتیبانی گسترده، زبان Rust را به گزینهای قابل اعتماد برای ساخت نرم افزارهای نوآورانه تبدیل کرده است.
معایب زبان برنامه نویسی Rust
زبان برنامه نویسی Rust معایبی نیز دارد، بیایید دلایلی برای انتخاب نکردن این زبان برنامه نویسی نام ببریم:
سختی و منحنی یادگیری پیچیده
یکی از بزرگترین چالشهای راست برای تازه واردان، مفاهیم پیچیدهای مانند Ownership و Borrowing است. این مفاهیم برای اطمینان از ایمنی حافظه طراحی شدهاند، اما در ابتدا درک آنها برای بسیاری دشوار است. برنامه نویسان با تجربه در زبانهایی مانند Python و Javascript نیز ممکن است در شروع با Rust دچار سردرگمی شود.
سرعت پایین کامپایل
به دلیل بررسیهای دقیق در زمان کامپایل مانند بررسی ایمن حافظه و کنترل Borrowها، فرآیند کامپایل در Rust نسبت به زبانهایی مانند ++C کندتر است. این موضوع در پروژههای سنگین میتواند آزار دهنده باشد و نیاز به بهینه سازی دقیقتری از سوی تیم توسعه دارد.
توسعه تیمی دشوار برای مبتدیان
نوشتن کد تمیز و قابل فهم در زبان برنامه نویسی Rust، مخصوصا در پروژههای بزرگ، نیاز به درک عمیقتری از مفاهیم ایمنی حافظه دارد. اگر اعضای تیم با سطوح مهارت متفاوت کار کنند، ممکن است همکاری و زمان توسعه چالش برانگیز شود.
فریمورکها و کتابخانههای محدود
با اینکه زبان Rust به زبانی در حال رشد تبدیل شده است، اما همچنان ضعف بسیاری در کتابخانهها و ابزارهای کمکی دارد که باعث میشود کار کردن با این زبان سختتر و پیچیدهتر شود.
کاربردهای زبان برنامه نویسی Rust
همان طور که توضیح دادیم زبان برنامه نویسی Rust در زمینههای مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. در اینجا به توضیح درباره کاربردهای زبان برنامه نویسی راست میپردازیم.
1. سیستم عاملها: از آنجا که این زبان برنامه نویسی از کنترل سطح پایین، کارایی و ایمنی برخوردار است در توسعه سیستم عاملها استفاده میشود و ایجاد سیستم عاملهای ایمن را آسان میسازد.
2. ماشین لرنینگ: این زبان برنامه نویسی با ارائه کتابخانههایی مانند Rusty-machine و tch-rs گزینهای مناسب در این زمینه محسوب میشود.
3. برنامههای کاربردی وب: داشتن مدیریت حافظه کارآمد باعث میشود تا توسعه دهندگان برنامههای کاربردی با کارایی بالا و ایمن برای حافظه بنویسند.
4. وب اسمبلی: استفاده برای وب اسمبلی که امکان اجرای برنامهها را با کارایی بالا فراهم میآورد.
5. ابزارهای خط فرمان (CLI): به دلیل سرعت بالا و تولید یک فایل اجرایی واحد، برای ساخت ابزارهای CLI مدرن عالی است.
6. اینترنت اشیا (IoT): ایمنی حافظه و عدم نیاز به سیستم عامل، Rust را به زبانی مناسب برای میکروکنترلرها و دستگاههای اینترنت اشیا ایده آل میکند.
7. توسعه بازی: موتورهای بازی سازی مانند Bevy و Fyrox در حال توسعه هستند و جامعه بازی سازی با این زبان در حال رشد است.
8. توسعه بک اند: فریمورکهایی مانند Axum امکان ساخت وب سرویسهای بسیار سریع و ایمن را فراهم میکنند.
آیا یادگیری زبان Rust سخت است؟
یادگیری Rust به طور کلی سخت تلقی میشود، مخصوصا در مقایسه با زبانهایی مانند جاوا اسکریپت و پایتون که یادگیری آسانتری دارند. دلیل این دشواری، کامپایلر سخت گیر آن است که شما را مجبور میکند مفاهیم زیر را به خوبی درک کنید:
- Ownership: هر مقدار (Value) در زبان راست یک مالک (Owner) دارد. وقتی مالک از محدوده (Scope) خارج شود، مقدار نیز حذف میشود. این ویژگی نیاز به Garbage Collector را از بین میبرد.
- Borrowing: شما میتوانید به جای انتقال مالکیت، به دادهها ارجاع (Reference) دهید، اما این ارجاع قوانین سخت گیرانهای دارد.
- Lifetimes: کامپایلر باید مطمئن شود که هیچ ارجاعی بیشتر از دادهای که به آن اشاره دارد، باقی نمیماند. این مفهوم برای جلوگیری از Dangling Pointers ضروری است.
جایگزینهای زبان برنامه نویسی Rust
اکنون که با مزایا و معایب این زبان آشنا شدید، نیاز است با برخی از رقیبها و گزینههای جایگزین نیز آشنا شوید:
- ++C: اگر به یک اکوسیستم بسیار بالغ، کتابخانههای گسترده و سازگاری با کدهای قدیمی نیاز دارید میتوانید به سراغ این گزینه بروید.
- Go: اگر به دنبال سادگی، سرعت کامپایل بالا و همزمان آسان برای توسعه سرویسهای شبکه و بک اند هستید میتواند گزینه مناسبی برایتان باشد.
- Zig: یک زبان جدید که تلاش میکند سادگی C را با ویژگیهای مدرن ترکیب کند و جایگزین مستقیمتری برای C باشد.
مقایسه Rust و Python
زبانهای Rust و Python تقریبا در دو قطب مخالف قرار دارند و برای اهداف کاملا متفاوتی طراحی شدهاند. در ادامه این دو زبان محبوب را مقایسه میکنیم.
| ویژگی | Rust | Python |
|---|---|---|
| عملکرد (Performance) | بسیار سریع. عملکردی در سطح C++/C چون یک زبان کامپایل شده و بهینه است. | کندتر. به دلیل مفسری بودن و وجود GIL، برای وظایف سنگین پردازشی کند است. |
| مدیریت حافظه | مالکیت (Ownership) و Borrow Checker. حافظه در زمان کامپایل مدیریت میشود. بدون نیاز به Garbage Collector (GC). | جمع آوری خودکار زباله (Garbage Collection). مدیریت حافظه خودکار و آسان است اما سربار (overhead) دارد. |
| ایمنی (Safety) | ایمنی حافظه و Thread تضمین شده. کامپایلر از بسیاری از باگهای رایج (مثل null pointer) جلوگیری میکند. | ایمن در برابر خطاهای حافظه (مثل buffer overflow) است، اما مستعد خطاهای زمان اجرا (runtime errors) به دلیل داینامیک بودن است. |
| سیستم Typing | ایستا (Static). نوع متغیرها باید در زمان کامپایل مشخص باشد که به کشف خطا کمک میکند. | پویا (Dynamic). نوع متغیرها در زمان اجرا مشخص میشود که انعطاف پذیری بالایی میدهد. |
| همزمانی (Concurrency) | همزمانی بدون ترس (Fearless Concurrency). مدل مالکیت، نوشتن کد موازی و ایمن را بسیار ساده میکند. | چالش برانگیز برای موازی سازی واقعی به دلیل وجود GIL. بیشتر برای I/O-bound tasks مناسب است. |
| منحنی یادگیری | دشوار. مفاهیم مالکیت و borrow checker برای تازه کاران پیچیده است. | بسیار آسان. سینتکس ساده و خوانا، اغلب به عنوان اولین زبان برنامه نویسی توصیه میشود. |
| سرعت توسعه | کندتر در ابتدا. سخت گیری کامپایلر باعث میشود نوشتن کد اولیه زمان بر باشد، اما نگهداری آن در بلندمدت آسانتر است. | بسیار سریع. برای نمونه سازی سریع (Prototyping) و توسعه محصولات اولیه (MVP) عالی است. |
| اکوسیستم و کاربردها | در حال رشد سریع. عالی برای برنامه نویسی سیستمی، WebAssembly، ابزارهای CLI | بسیار بزرگ و بالغ. بی رقیب در هوش مصنوعی و علم داده، توسعه وب (Django/Flask) و اسکریپت نویسی. |
کدام شرکتها از زبان برنامه نویسی Rust استفاده میکنند؟
شرکتهای زیادی از زبان برنامه نویسی راست در راستای پیشبرد اهدافشان استفاده کردهاند. در اینجا به معرفی آنها میپردازیم.
فیس بوک
از آنجا که فیس بوک حجم بالایی از دادهها را مدیریت میکند به دنبال زبان برنامه نویسی بود که امنیت بالایی داشته باشد. این امر آن را به استفاده از زبان برنامه نویسی Rust ترغیب کرد.
دیسکورد
همانند فیس بوک به علت نیاز به زبان برنامه نویسی قوی و ایمن راست را انتخاب میکند.
Dropbox
پلتفرم میزبانی که به ارائه خدمات ذخیره سازی ابری و همگام سازی فایل میپردازد در بخشهای اصلی سیستم همگام سازی فایل خود به زبان برنامه نویسی Rust متکی است.
مایکروسافت
مایکروسافت از این زبان برنامه نویسی راست برای سیستم عامل ویندوز استفاده میکنند. همچنین از اعضای بنیان گذار Rust Foundation هستند. مایکروسافت به علت ایمنی حافظه بالایی که زبان برنامه نویسی راست دارد از آن حمایت میکند و معتقد است که حدود 70 درصد از وصلههای امنیتی ناشی از باگهای مربوط به حافظه هستند و Rust میتواند این مشکلات را در مرحله توسعه شناسایی کند.
آمازون
شرکت آمازون از زبان برنامه نویسی راست در راستای حفظ نرم افزارهای خود به صورت سریع و ایمن استفاده میکند.
و در آخر
در این محتوا به توضیح درباره زبان برنامه نویسی Rust پرداختیم و گفتیم راست ترکیبی از ایمنی، عملکرد و ویژگیهای مهم است و یک زبان برنامه نویسی سطح بالا است که برای کارهایی از جمله برنامه نویسی سیستم، برنامه نویسی توزیع شده و برنامه نویسی وب بسیار مناسب است.
سوالات متداول
این زبان برنامه نویسی با هدف افزایش ایمنی، سرعت و انجام کارها به صورت موازی است و میتواند حافظه را به شکل موثری مدیریت کند.
زبان راست به صورت کلاسیک از ارث بری یا Inheritance پشتیبانی نمیکند اما استفاده از ویژگیهای OOP مانند Encapsulation و Polymorphism در آن امکان پذیر است.این زبان برنامه نویسی با هدف افزایش ایمنی، سرعت و انجام کارها به صورت موازی است و میتواند حافظه را به شکل موثری مدیریت کند.از آنجا که پیدا کردن یک نام منحصر به فرد و در دسترس کاری دشوار است. این ابزار با پیشنهاد نامهای خلاقانه و بررسی موجود بودن آنها و حتی ارائه گزینههای جایگزین، روند انتخاب نام را سادهتر میکند.
زبان راست به صورت کلاسیک از ارث بری یا Inheritance پشتیبانی نمیکند اما استفاده از ویژگیهای OOP مانند Encapsulation و Polymorphism در آن امکان پذیر است.
منابع
- https://kinsta.com/blog/rust-vs-python
- https://www.rust-lang.org/
- https://risingwave.com/blog/exploring-the-key-features-and-advantages-of-the-rust-programming-language/
اولین دیدگاه را اضافه کنید.