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玄貓（BlackCat）

Rust專案實戰建構多型別應用程式

本文《Practical Rust Projects》第二版，透過實戰專案引導 Rust 開發者深入各種應用領域，包含命令列工具、GUI 設計、WebAssembly 前端開發、REST API 實作、嵌入式系統、遊戲開發等。藉由程式碼範例與架構說明，展現 Rust 語言的效能與安全性優勢，並探討不同領域的 API

程式語言 Web 開發
Rust WebAssembly Actix-web 命令列工具 GUI 嵌入式系統

Rust 語言以其記憶體安全和高效能特性，受到開發者青睞。本文透過一系列實務專案，帶領讀者深入 Rust 的應用世界，涵蓋命令列工具、GUI、WebAssembly、REST API、嵌入式系統及遊戲開發等。書中提供每個專案的核心框架和程式碼範例，讓讀者能快速上手，並進一步擴充套件和創新。從錯誤處理、日誌記錄到 HTTPS 組態，本文也涵蓋 Actix-web 框架的進階功能，並探討不同框架的選用策略。此外，本文也介紹 Rust 在網頁開發、伺服器端渲染、網頁爬蟲、移動應用、作業系統、嵌入式裝置、雲端運算和區塊鏈等領域的應用，展現 Rust 的多樣性和潛力。

實戰Rust專案：建構無伺服器、AI、機器學習、嵌入式、遊戲與Web應用程式

本文《Practical Rust Projects: Build Serverless, AI, Machine Learning, Embedded, Game, and Web Applications》第二版由Shing Lyu和Andrew Rzeznik共同撰寫，主要介紹如何使用Rust語言開發各種實際應用專案。

本文適用物件

本文主要針對具備一定Rust基礎的開發者，旨在透過實際專案的開發，深入瞭解Rust語言的應用。

本文內容導讀

本文共分為多個章節，以下為部分章節的簡介：

第一章：歡迎來到Rust的世界

本章節主要介紹Rust語言的基本概念，以及本文的適用物件和使用方法。同時，也會說明本文的選材標準，包括純Rust實作、成熟度和流行度等。

第二章：建立命令列程式

本章節將指導讀者如何使用Rust建立一個命令列程式。首先，會介紹如何建立一個新的二進位制專案。接著，會說明如何使用std::env::args讀取命令列引數，以及如何使用Clap函式庫處理複雜的引數。此外，還會介紹如何新增二進位制旗標、輸出錯誤訊息到STDERR，以及使用色彩輸出。最後，會說明如何從檔案讀取資料，並處理可能發生的錯誤。

使用Clap處理複雜引數
use clap::Parser;

#[derive(Parser)]
struct Args {
    #[arg(short, long)]
    input: String,
}

fn main() {
    let args = Args::parse();
    println!("Input file: {}", args.input);
}

內容解密：

上述程式碼使用了Clap函式庫來解析命令列引數。Args結構體使用了#[derive(Parser)]巨集來自動實作引數解析的功能。input欄位使用了#[arg(short, long)]屬性來指定引數的短選項和長選項。在main函式中，呼叫Args::parse()來解析命令列引數，並將結果儲存在args變數中。最後，輸出輸入檔案的路徑。

本文將繼續探討Rust語言在不同領域的應用，包括無伺服器架構、人工智慧、機器學習、嵌入式系統、遊戲開發和Web應用程式等。透過實際的專案範例，讀者將能夠更深入地瞭解Rust語言的特性和應用場景。

Rust 程式設計深入解析：從命令列工具到 WebAssembly 高效能前端開發

本文探討 Rust 程式語言的強大功能及其在多個領域的應用，涵蓋從命令列工具開發、圖形使用者介面（GUI）設計，到 WebAssembly 高效能前端開發和 REST API 實作等主題。透過詳細的範例和逐步指導，本文旨在幫助讀者掌握 Rust 的核心技術，並將其應用於實際專案中。

命令列工具開發

在命令列工具開發方面，本文詳細介紹瞭如何使用 Rust 建立高效、穩定的命令列應用程式。首先，讀者將學習如何設定開發環境並建立一個簡單的命令列工具。接著，本文探討了錯誤處理、測試和發布等主題，確保讀者能夠開發出專業級的命令列應用。

主要內容包括：

  • 錯誤處理與測試：學習如何有效地處理命令列工具中的錯誤，並進行全面的測試以確保程式的穩定性。
  • 發布與散佈：瞭解如何將開發完成的命令列工具發布到 crates.io，並為不同平台構建可分發的二進位制檔案。

圖形使用者介面（GUI）設計

本文接著介紹瞭如何使用 Rust 建立圖形使用者介面（GUI）應用程式。首先，讀者將學習如何建立文字基礎的使用者介面，並逐步過渡到更複雜的 GUI 設計。本文詳細介紹了使用 gtk 函式庫進行 GUI 開發的過程，包括設計 UI、處理使用者輸入和事件等。

主要內容包括：

  • 文字基礎介面：學習如何使用 Rust 建立簡單的文字基礎使用者介面。
  • GUI 開發：瞭解如何使用 gtk 函式庫建立視窗、顯示影像，並處理按鈕點選等事件。

WebAssembly 高效能前端開發

本文進一步探討瞭如何使用 Rust 和 WebAssembly 進行高效能前端開發。首先，讀者將瞭解 WebAssembly 的基本概念及其優勢。接著，本文詳細介紹瞭如何設定開發環境、建立 WebAssembly 專案，並實作一個簡單的影像處理應用。

主要內容包括：

  • WebAssembly 基礎：學習 WebAssembly 的基本概念及其在前端開發中的優勢。
  • Rust 與 WebAssembly：瞭解如何使用 Rust 進行 WebAssembly 開發，包括設定環境、建立專案和實作影像處理功能。

REST API 實作

最後，本文介紹瞭如何使用 Rust 建立 REST API。首先，讀者將學習如何建立一個簡單的後端服務，並逐步擴充套件到更複雜的 API 實作，包括資料函式庫整合、輸入驗證和 API 測試等。

主要內容包括：

  • 後端服務開發：學習如何使用 Rust 建立一個簡單的後端服務，並提供靜態檔案服務。
  • REST API 實作：瞭解如何實作 REST API，包括資料函式庫操作、POST 請求處理和輸入驗證。

第 5 章：探討 Actix-web 框架的進階功能

自訂錯誤處理與回應最佳化

在開發根據 Actix-web 的應用程式時，錯誤處理是一個不可或缺的環節。本章將探討如何使用 Actix-web 提供的工具和 trait 來實作自訂錯誤處理。

使用 actix_web::error 助手函式

Actix-web 提供了一系列的助手函式來簡化錯誤處理的流程。開發者可以利用這些函式快速將錯誤轉換為適當的 HTTP 回應。

實作 ResponseError Trait 的通用錯誤處理

為了實作更靈活的錯誤處理機制，我們可以定義一個通用的錯誤型別，並為其實作 ResponseError trait。這樣一來，我們就可以根據不同的錯誤型別傳回對應的 HTTP 狀態碼和錯誤訊息。

自訂錯誤型別的實作範例
use actix_web::error::{ResponseError, InternalError};
use actix_web::http::StatusCode;
use derive_more::Display;

#[derive(Debug, Display)]
enum CustomError {
    #[display(fmt = "Internal Server Error")]
    InternalError,
    #[display(fmt = "Not Found")]
    NotFound,
}

impl ResponseError for CustomError {
    fn status_code(&self) -> StatusCode {
        match self {
            CustomError::InternalError => StatusCode::INTERNAL_SERVER_ERROR,
            CustomError::NotFound => StatusCode::NOT_FOUND,
        }
    }

    fn error_response(&self) -> actix_web::HttpResponse {
        actix_web::HttpResponse::build(self.status_code())
            .json(actix_web::error::ErrorResponse {
                message: self.to_string(),
            })
    }
}

自訂 web::Path Extractor 錯誤處理

Actix-web 的 web::Path extractor 提供了一種便捷的方式來從 URL 路徑中提取引數。然而，當提取失敗時，我們可以自訂錯誤處理邏輯來提供更友善的錯誤訊息。

日誌記錄與 HTTPS 組態

除了錯誤處理之外，日誌記錄和 HTTPS 組態也是 Actix-web 應用程式中非常重要的兩個方面。

日誌記錄的最佳實踐

Actix-web 與多種日誌框架相容，開發者可以根據自己的需求選擇合適的日誌記錄工具。適當的日誌記錄策略可以幫助開發者快速定位問題並最佳化應用程式效能。

啟用 HTTPS 加密連線

為了保護使用者資料的安全，啟用 HTTPS 是必不可少的。Actix-web 支援透過 TLS/SSL 加密 HTTP 連線，開發者需要準備有效的證書並正確組態伺服器。

Actix-web 的替代框架

雖然 Actix-web 是一個強大且靈活的 Web 框架，但根據專案需求選擇合適的框架是非常重要的。本章最後將簡要介紹 Actix-web 的替代框架，並探討如何在不同的專案需求中選擇最合適的技術方案。

內容解密：
  1. 自訂錯誤處理的重要性：良好的錯誤處理機制可以提高應用程式的穩定性和使用者經驗。
  2. ResponseError trait 的作用：允許開發者自訂錯誤型別並對應到特定的 HTTP 狀態碼和回應內容。
  3. 日誌記錄與安全性組態：適當的日誌記錄和 HTTPS 組態對於維護應用程式的安全性和可維護性至關重要。

Rust 技術的無限可能：從基礎到高階應用

Rust 程式語言憑藉其獨特的記憶體安全特性和高效能，已經在軟體開發領域佔據重要地位。本章將探討 Rust 在不同領域的應用，從網頁開發到區塊鏈技術，展現 Rust 的多樣性和強大功能。

網頁開發與伺服器端渲染

Rust 在網頁開發領域的應用越來越廣泛，尤其是在伺服器端渲染（Server-side Rendering）方面。利用 Rust 的高效能和安全性，可以建立快速且安全的網頁應用。現有的框架如 Rocket 和 actix-web，為開發者提供了強大的工具來構建高效能的網頁服務。

伺服器端渲染的優勢

  • 效能最佳化：Rust 的編譯語言特性使其執行效率極高，適合處理高併發請求。
  • 安全性：Rust 的所有權系統和借用檢查器有效防止了常見的安全漏洞，如空指標解參照和資料競爭。

網頁爬蟲與瀏覽器開發

Rust 也被用於開發網頁爬蟲和瀏覽器。它的記憶體安全特性和效能優勢，使其成為處理大量網頁資料的理想選擇。

網頁爬蟲的實作

  • 高效的資料處理：利用 Rust 的非同步程式設計模型，可以高效地抓取和處理網頁資料。
  • 穩定性：Rust 的安全性特性確保了爬蟲在長時間執行中的穩定性。

移動應用開發

Rust 在移動應用開發領域也展現出巨大的潛力。透過與現有移動開發框架的整合，Rust 可以用於開發高效能的移動應用。

移動應用的優勢

  • 跨平台開發：Rust 可以與其他語言（如 Swift 和 Kotlin）結合，實作跨平台的高效能開發。
  • 安全性：Rust 的安全特性有助於保護使用者資料和隱私。

作業系統與嵌入式裝置

Rust 在作業系統和嵌入式裝置開發中扮演著越來越重要的角色。其無垃圾回收機制和低階記憶體控制能力，使其成為這類別應用的理想選擇。

嵌入式開發的挑戰與機遇

  • 資源限制：Rust 的高效能和低資源佔用，使其適合資源受限的嵌入式環境。
  • 安全性：Rust 的安全特性對於需要高可靠性的嵌入式系統尤為重要。

雲端運算與區塊鏈

Rust 在雲端運算和區塊鏈技術中也有廣泛的應用。其高效能和安全性使其成為這類別應用的首選語言之一。

雲端運算的優勢

  • 可擴充套件性：Rust 的併發模型和高效能特性，使其適合構建可擴充套件的雲端服務。
  • 安全性：Rust 的安全特性有助於保護雲端資料和服務。

區塊鏈技術的應用

  • 智慧合約：Rust 可以用於開發安全高效的智慧合約。
  • 加密貨幣：Rust 的效能和安全性使其適合用於加密貨幣的開發和交易。

結語

Rust 以其獨特的安全性和高效能，正在各個技術領域展現出廣泛的應用前景。無論是網頁開發、移動應用、嵌入式系統還是區塊鏈技術，Rust 都提供了強大的工具和可能性。隨著 Rust 社群的不斷壯大和技術的持續進步，我們可以期待看到更多根據 Rust 的創新應用和解決方案。

Rust 技術社群與未來發展

Rust 的成功離不開其活躍的技術社群。來自世界各地的開發者和貢獻者共同推動著 Rust 語言的發展和完善。

開源貢獻

許多知名公司和個人積極參與 Rust 的開源專案，如 Mozilla、AWS 等。他們的貢獻不僅推動了 Rust 語言本身的發展，也促進了根據 Rust 的各種工具和框架的出現。

教育與資源

隨著 Rust 的流行，越來越多的教育資源和培訓材料被開發出來。這有助於降低 Rust 的學習門檻，吸引更多新開發者加入 Rust 社群。

Rust 的未來充滿了無限可能。隨著技術的不斷進步和社群的不斷壯大，我們可以預見 Rust 將在更多領域發揮其獨特的優勢，為軟體開發帶來更多的創新和變革。

更多學習資源

作者簡介

本文的作者 Shing Lyu 和 Andrew Rzeznik 都是 Rust 社群的活躍成員，並在各自的領域內具有豐富的經驗和深厚的技術背景。

Shing Lyu

Shing Lyu 曾在 Mozilla 工作，參與 Firefox 和 Servo 瀏覽器引擎專案。目前，他在 Amazon Web Services (AWS) 擔任解決方案架構師。他也是台灣 Rust 社群的創始人之一，熱衷於推廣 Rust 技術。

Andrew Rzeznik

Andrew Rzeznik 是 AWS Cryptography 的軟體開發工程師，對分散式系統、語言工具、物聯網（IoT）和低階程式設計有濃厚的興趣。他在數學領域擁有博士學位，曾參與過多個軟體開發專案，並具有豐富的實戰經驗。

技術審閱者簡介

Satej Kumar Sahu 是 Boeing 的高階軟體資料架構師。他熱衷於技術、人員和自然環境，認為透過關注可持續性和有意識的決策，技術可以使世界變得更好。在閒暇時間，他喜歡閱讀、打籃球以及與朋友和家人共度時光。

實戰 Rust 專案導論

在眾多的程式語言中，Rust 以其獨特的記憶體安全機制和高效能的特性，吸引了全球開發者的關注。自 2015 年首次穩定版本釋出以來，Rust 在功能和穩定性上取得了長足的進步。開發者們對於 Rust 如何結合以往被視為不可兼得的特性——效能與記憶體安全、低階控制與生產力——感到著迷。儘管 Rust 的學習曲線陡峭，但它連續八年（2016-2023）在 StackOverflow 調查中被評為「最受喜愛的程式語言」。2022 年，它還被評為「最受期待的程式語言」，僅次於 Python。許多大型企業，如 Amazon、Facebook、Google、Microsoft、Dropbox 和 npm，都在生產環境中使用 Rust。Android 平台也支援使用 Rust 編寫原生元件，甚至 Rust 成為繼 C 語言後第一個被加入 Linux 核心的語言。

Rust 生態系統現況

目前，Rust 的生態系統規模如何？檢視官方的 Rust 套件（libraries）登入檔 crates.io，我們發現它擁有超過 100,000 個套件，每天下載量超過五千萬次。crates.io 上有 55 個類別，涵蓋了從命令列介面、密碼學到資料函式庫、遊戲、作業系統、網頁程式設計等眾多領域。那麼，使用這些函式庫的體驗如何？Rust 的語法和設計哲學又如何影響這些套件的設計？本文將嘗試回答這些問題，並透過實戰專案展示 Rust 的強大功能和靈活性。

本文的目的與結構

本文旨在提供一系列實戰專案，讓讀者能夠將基礎的 Rust 知識應用於不同的領域，拓展思維和視野，展示 Rust 在不同場景下的應用潛力。我們選擇了幾個有趣且具有代表性的應用範例，希望透過這些專案讓讀者體會到 Rust 的優勢和樂趣。

為何選擇這些專案？

Rust 的一大特點是其「通用目的」正規化。不同的開發者因為不同的原因喜歡上 Rust：有人喜歡它的低階控制，有人欣賞其高階的型別系統和巨集功能；有人認為它是更安全的 C++，有人則視其為效能更優的 Python 替代品。Rust 的生態系統非常龐大且多元，從極小的裸機程式到大型分散式系統，都能見到 Rust 的身影。本文分享了一些有趣的應用案例，希望能夠讓讀者領略到在 Rust 中開發這些專案的樂趣。

本文的侷限與目標

由於篇幅所限，我們無法對每個主題進行探討。每個章節的專案都可以獨立成書，探討先進理論、設計和權衡。我們選擇專注於每個專案的核心精髓，提供一個有用的基礎框架，讓讀者可以在此基礎上進行擴充套件和創新。通常，新專案中最困難的部分是初始設定、架構設計和函式庫選擇。我們希望為讀者提供一個堅實的基礎，同時包含一些有趣的範例，觸及每個主題中的重要議題。

如何使用本文

結語

Rust 不僅是一種程式語言，更代表了一種開發思維和文化。本文希望能夠成為引領讀者進入 Rust 世界的橋樑，讓讀者在實戰中體驗 Rust 的強大和靈活性。不論是對於初學者還是有經驗的開發者，本文都提供了寶貴的資源和啟發。讓我們一起探索 Rust 的無限可能！

本文適用物件

本文適合以下讀者：

  • 已經熟悉 Rust 基本語法，但希望學習如何使用 Rust 開發應用程式的開發者；
  • 正在考慮使用 Rust 開發生產級系統，並希望瞭解各種技術選項的開發者；
  • 希望快速瞭解其他領域中高階架構和程式介面設計的開發者。

你可能出於好奇而學習 Rust。在完成所有教學和入門書籍後，你可能會疑惑：“下一步該做什麼？我可以用 Rust 開發什麼？”本文將帶領你探索 Rust 的多種應用，幫助你從基本的語言理論轉向開發實用應用程式。Rust 擁有迷人的設計和許多有趣的語言特性，但僅僅知道如何撰寫基本的演算法和資料結構並不一定能讓你為開發實用應用程式做好準備。我們試圖找到最適合生產環境且最現代化的 Rust 函式庫，以幫助你評估 Rust 是否適合你的應用。如果你發現 Rust 還不夠成熟，你可能會找到機會為 Rust 社群做出貢獻，改進現有的函式庫和框架，或設計和開發新的函式庫。

你可能為了特定的專案而學習 Rust，例如工作中的 CLI 工具或使用 Rust 的開源瀏覽器引擎。一旦你掌握了該領域的 Rust 知識，學習其他領域的 Rust 知識將會對你有所裨益。例如，開發遊戲可以讓你瞭解遊戲引擎設計師如何組織程式碼，使其解耦且易於維護，同時保持高效能。你可能永遠不會在工作中開發遊戲，但這些知識可能會影響你下一個專案的架構。另一個例子是，學習如何將程式碼交叉編譯到 Raspberry Pi 可能會幫助你瞭解如何編譯到 WebAssembly。本文旨在帶領你探索 Rust 的各種應用，讓你瞭解它們的應用程式介面（API）以及程式碼和架構的組織方式。