Rust VS C ++: دليل سريع للمطورين

يعد Rust و C ++ لغتين لبرمجة النظامين ، ولكل منهما نقاط قوة فريدة تمنح أنفسهم بشكل أفضل لمشاريع معينة من غيرها.

سيستمر هذا الدليل ومقارنة الميزات الأساسية لهذه اللغات ، مما يساعدك على تحديد أي من الأفضل أن يناسب مشروع الويب التالي.

سلامة الذاكرة

تعتبر سلامة الذاكرة أمرًا بالغ الأهمية في منع أخطاء مثل فائض المخزن المؤقت ، وتسريبات الذاكرة ، ومشكلات المؤشر التي يمكن أن تؤدي إلى تعطل أو نقاط الضعف في الأمان.

نموذج أمان ذاكرة الصدأ

يقوم الصدأ بفرض سلامة الذاكرة من خلال الملكية والاقتراض وعمره:

• نموذج الملكية: يستخدم Rust نظام ملكية فريد من نوعه ، حيث يكون لكل جزء من البيانات مالك واحد في أي وقت.عندما يخرج المالك عن النطاق ، يقوم Rust تلقائيًا بتكوين الذاكرة.يلغي هذا النموذج الحاجة إلى إدارة الذاكرة اليدوية أو جمع القمامة.
• الاقتراض والعمر: يسمح Rust باستعارة البيانات بشكل غير قانوني أو متميز ، ولكن ليس كلاهما.هذا يمنع المترجم من صنع سباقات البيانات ، حتى في البرامج المعقدة متعددة الخيوط.تساعد التعليقات التوضيحية مدى الحياة في Rust على إدارة الذاكرة بشكل فعال ، مما يضمن عدم تفوق المراجع على بياناتها.

من خلال إنفاذ هذه القواعد في وقت الترجمة ، من المستحيل تقريبًا أن تصادف الأخطاء مثل أخطاء المؤشرات الفارغة ، والفيضانات العازلة ، والأخطاء الخالية من الاستخدام.

نهج إدارة الذاكرة C ++

يوفر C ++ أدوات قوية لإدارة الذاكرة ولكن مع عدد أقل من ميزات السلامة التلقائية:

• إدارة الذاكرة اليدوية: يمكن للمطورين C ++ استخدام المؤشرات الأولية لتخصيص الذاكرة مباشرة وتخصيصها ، والتي توفر المرونة ولكنها تتطلب الانضباط لتجنب تسرب الذاكرة أو المؤشرات المتدلية.
• المؤشرات الذكية: يشمل C ++ الحديث (منذ C ++ 11) مؤشرات ذكية مثل std :: required_ptr ، std :: shared_ptrو و std :: defe_ptr، والتي تساعد في إدارة الذاكرة عن طريق تحرير الموارد تلقائيًا عند عدم استخدامها.
• RAII (اكتساب الموارد هو التهيئة): يستخدم C ++ RAII لإدارة الموارد ، التي تربط إدارة الموارد بالمعراض مدى الحياة.يساعد هذا في إدارة الذاكرة ولكنه يعتمد على انضباط المطور ، لأن المترجم لا يفرض هذه القواعد بدقة.

على الرغم من أن C ++ يوفر المرونة في إدارة الذاكرة ، إلا أن عدم وجود سلامة الذاكرة المنفذة للمترجم يمكن أن يؤدي إلى مشكلات ذاكرة وقت التشغيل إذا لم يتم التعامل معها بعناية.

التزامن

يتيح التزامن البرامج التعامل مع عمليات متعددة في وقت واحد ، وهي ميزة رئيسية للاستجابة واستخدام الموارد الفعال في التطبيقات.

مزايا تزامن الصدأ

نموذج ملكية Rust يجعل من أكثر أمانًا بطبيعته كتابة التعليمات البرمجية المتزامنة:

• منع عرق البيانات: يقوم برنامج التحويل البرمجي لـ RUST بفرض قواعد اقتراض صارمة ، لذلك لا يمكن أن يحدث أي سباق للبيانات لأن مؤشر ترابط واحد فقط يمكن أن يتحول البيانات في أي وقت معين.هذه الميزة مدمجة في نموذج التزامن الصدأ.
• سلامة الموضوع في وقت الترجمة: الصدأ لديه إرسال و المزامنة السمات التي تحدد ما إذا كان يمكن نقل الأنواع بأمان عبر أو الوصول إليها بواسطة مؤشرات ترابط متعددة.هذه السمات يتم تنفيذها تلقائيًا ، مما يجعل من السهل التقاط مشكلات السلامة في مؤشرات الترابط قبل تشغيل الرمز.
• بدايات التزامن عالية المستوى: يوفر Rust بدائل التزامن مثل القنوات لالتقاط الرسائل بين المواضيع والمكتبات مثل توكيو للبرمجة ASYNC ، والتي هي كلاهما أداء وآمن.

قدرات التزامن C ++

C ++ لديه دعم توافق قوي ولكن يضع المسؤولية على المبرمج:

• مكتبات الخيوط: C ++ يوفر Std :: Thread والمكتبات الأخرى لدعم متعدد الخيوط ، مما يسمح بقدرات التزامن قوية ولكن بدون حماية صارمة لسباق البيانات.
• Mutexes والأقفال: يتطلب C ++ الاستخدام اليدوي للموت ، ومتغيرات الحالة ، والأقفال لإدارة وصول مؤشر الترابط إلى الموارد المشتركة.الاستخدام السليم لهذه الآليات أمر ضروري لتجنب سباقات البيانات.
• العمليات الذرية: C ++ يشمل <tomic> المكتبة ، التي تتأكد من أن عمليات البيانات المشتركة آمنة بدون أقفال - ولكن يجب على المطورين فهم متى وكيفية استخدامها لتجنب السلوك غير المحدد.

يمنح C ++ المبرمجين مزيدًا من السيطرة على التزامن ، لكنه يفتقر إلى الشيكات الصارمة للوقت الذي يوفره Rust ، مما يسهل إدخال أخطاء التزامن.

معالجة الخطأ

يؤثر معالجة الأخطاء على كيفية التعامل مع البرامج مع المواقف غير المتوقعة ، مثل المدخلات غير الصالحة أو العمليات الفاشلة.

معالجة خطأ الصدأ مع النتيجة والخيار

يتجنب Rust الاستثناءات ، واختيار معالجة الأخطاء المتوقعة أكثر:

• أنواع النتيجة وأنواع الخيارات: الصدأ يستخدم نتيجة و خيار أنواع للتعامل مع الأخطاء دون استثناءات.النتيجة تمثل إما النجاح (حسنا) أو الفشل (يخطئ) ، بينما يتم استخدام الخيار للقيم التي قد تكون أو لا تكون موجودة.
• معالجة الأخطاء الصريحة: عن طريق طلب عودة وظائف نتيجة أو خيار، يمكن للمطورين التعامل مع الأخطاء بشكل صريح ، مما يقلل من فرص الاستثناءات غير المعلنة وزيادة موثوقية الكود.
• مطابقة النمط: بناء جملة مطابقة نمط الصدأ (مباراة) يسمح للمطورين بالتعامل بسهولة مع حالات الأخطاء المختلفة ، مما يجعل معالجة الأخطاء واضحة وقابلة للإدارة.

معالجة الأخطاء القائمة على الاستثناء من C ++

يستخدم C ++ نهجًا مختلفًا مع استثناءات وقت التشغيل:

• كتل التجربة: يستخدم C ++ كتل Try-Catch لمعالجة الاستثناءات ، حيث يمكن إلقاء استثناء واشتعاله أثناء وقت التشغيل.تتيح هذه المرونة للمطورين التعامل مع الأخطاء على مستوى العالم ولكنها يمكن أن تؤدي إلى النفقات العامة للأداء.
• Raii وسلامة الموارد: يمكن C ++ ربط إدارة الموارد بسلامة استثناء عبر RAII.ومع ذلك ، يجب إدارة الاستثناءات بعناية لتجنب تسرب الذاكرة.
• معالجة الأخطاء البديلة: بعض المطورين يتجنبون الاستثناءات لصالح رموز أو هياكل عائد الأخطاء مثل Std :: اختياري للتحكم في الأداء وتجنب عدم القدرة على التنبؤ.

غالبًا ما يُنظر إلى نهج Rust على أنه أكثر أمانًا وأكثر قابلية للتنبؤ ، في حين يوفر نموذج استثناء C ++ المرونة ولكن على حساب مشكلات الأداء المحتملة.

تجميع السلامة وقت

تمنع اختبارات السلامة في وقت الترجمة الأخطاء الشائعة قبل تشغيل الكود ، مما قد يقلل من تصحيح تصحيح وقت التشغيل المكلف.

سلامة الصدأ الصارمة لوقت التجميع

مترجم Rust صارم ويفرض مجموعة من القواعد:

• شيكات الملكية والاقتراض: يتحقق برنامج التحويل البرمجي لـ Rust للملكية والاقتراض في وقت الترجمة ، ومنع سباقات البيانات ومشكلات الذاكرة قبل التنفيذ.
• اكتب السلامة والتعليقات التوضيحية مدى الحياة: تقوم Rust بفرض سلامة صارمة من النوع ، وتوضيحات مدى الحياة تجعلها لا تتجاوز المراجع أصحابها ، مما يمنع أخطاء وقت التشغيل المشتركة.
• عدد أقل من أخطاء وقت التشغيل: بسبب شيكات ترجمة Rust ، تظهر عدد أقل من الأخطاء في وقت التشغيل ، مما يجعل التطبيقات أكثر استقرارًا وموثوقية.

سلامة وقت الترجمة المرنة C ++

يوفر C ++ فحص نوع الترجمة ولكنه أقل تقييدًا:

• اكتب السلامة: يتحقق C ++ من الأنواع في وقت الترجمة ، ولكن يمكن أن تؤدي الصب الضمني والقواعد الأقل صرامة إلى أخطاء وقت التشغيل ذات الصلة.
• metaprogramming قالب: يدعم C ++ ميزات وقت التجميع القوية من خلال القوالب ، مما يسمح للمطورين بإجراء بعض الحسابات في وقت الترجمة ، على الرغم من أنه يمكن أن يجعل تصحيح الأخطاء أكثر تحديا.
• عدد أقل من ضمانات السلامة: لا يفرض C ++ الاقتراض أو الملكية في وقت الترجمة ، لذلك يصعب التقاط مشكلات سلامة الذاكرة قبل وقت التشغيل.

تساعد الشيكات الصارمة في وقت الترجمة الصارمة في الحفاظ على السلامة ، في حين تتيح مرونة C ++ للتطوير السريع ولكن قد تؤدي إلى مزيد من تصحيح وقت التشغيل.

أداء

كلتا اللغتين مصممة للأداء العالي ، لكنها تتخذ طرقًا مختلفة.

أداء الصدأ مع تجريدات التكلفة صفرية

تم تحسين الصدأ لمطابقة أداء C ++ دون إضافة النفقات العامة:

• التجريدات صفر التكلفة: لا تضيف تجريدات Rust ، مثل المتكررين ومطابقة الأنماط ، أي تكلفة وقت تشغيل ، مع الحفاظ عليها ككود من المستوى الأدنى.
• إدارة الذاكرة الأمثل: يقلل نظام ملكية Rust في إدارة ذاكرة وقت التشغيل ، مما يقلل من جمع جمع القمامة مقارنة باللغات الأخرى.
• تحسينات المترجمة الفعالة: تقوم الواجهة الخلفية LLVM's Rust بتحسينات تجعل أداء Rust بالقرب من ، أو في بعض الأحيان أفضل من C ++.

أداء C ++ والتحكم في المستوى المنخفض

لطالما كان C ++ المعيار للأداء:

• إدارة الذاكرة اليدوية: يمنح C ++ للمطورين التحكم الكامل في تخصيص الذاكرة وموارد الأجهزة ، وهو أمر مفيد في التطبيقات الحساسة للأداء.
• تحسين عالي: توفر مجمعات C ++ (مثل GCC و CLANG) إمكانيات تحسين عالية ، مما يجعل C ++ فعالة للغاية لتطبيقات منخفضة التردد.
• المرونة للأجهزة: يتيح C ++ التحكم المباشر في الأجهزة ، وهو مثالي للتطبيقات مثل الأنظمة في الوقت الفعلي والأنظمة المضمنة وتطوير اللعبة.

على الرغم من أن Rust يمكن أن يتطابق مع أداء C ++ في العديد من السيناريوهات ، فإن C ++ يوفر تحكمًا أدق في التحسينات ذات المستوى المنخفض ، مما يجعله شائعًا في حقول الأداء.

النظام البيئي والأدوات

يؤثر النظام البيئي لكل لغة على الإنتاجية وسهولة بناء المشاريع واسعة النطاق.

أدوات الصدأ الحديثة مع البضائع

تم بناء النظام الإيكولوجي لـ Rust حول ممارسات التنمية الحديثة:

• مدير حزمة البضائع: تعمل Cargo على تبسيط إدارة المشروع ، وحل التبعية ، وبناء ، مما يسهل العمل مع الحزم والمشاريع.
• مكتبة Rich Crates.io: يوفر مستودع الحزمة الرسمي لـ Rust ، Cats.io ، مجموعة من المكتبات عالية الجودة ، التي يتم صيانتها جيدًا لمختلف المجالات.
• الاختبار والتوثيق المتكامل: تدعم البضائع الاختبارات المدمجة ، والقياس ، وتوليد الوثائق ، مما يخلق بيئة تطوير مبسطة.

C ++ الناضج الناضج وتنوع الأدوات

يستفيد C ++ من عقود من التطوير ونظام بيئي واسع النطاق:

• المكتبات والأطر المعمول بها: يحتوي C ++ على مجموعة واسعة من المكتبات لكل شيء من تطوير واجهة المستخدم الرسومية إلى الرسومات في الوقت الفعلي والتعلم الآلي.
• خيارات الأدوات المتنوعة: توفر أنظمة بناء مثل Cmake و Makefiles و Ninja قدرات قوية ، على الرغم من أنها قد تتطلب إعدادًا أكثر من شحن Rust.
• دعم المجتمع الواسع: يقدم مجتمع C ++ الناضج دعمًا واسعًا وموارد واسعة لحل التحديات ، وخاصة في المجالات المتخصصة مثل تطوير الألعاب والحوسبة العلمية.

تجعل الأدوات الحديثة لـ Rust أسهل ، في حين يدعم النظام الإيكولوجي الذي تمتد منذ فترة طويلة من C ++ مجموعة واسعة من التطبيقات ويوفر خيارات أدوات واسعة.

قابلية التشغيل البيني

تشير قابلية التشغيل البيني إلى سهولة استخدام لغة مع أنظمة أو لغات أخرى.

قابلية التشغيل البيني لـ RUST مع C/C ++

الصدأ لديه قدرات متداخل متداخل:

• واجهة الوظيفة الأجنبية (FFI): يتيح FFI's FFI من Rust المكالمات المباشرة إلى رمز C ، مما يسهل الواجهة مع الأنظمة القديمة أو مكتبات C الحساسة للأداء.
• إدارة الذاكرة اليدوية لـ FFI: يتطلب Rust رعاية إضافية عند إدارة الذاكرة عبر حدود FFI للحفاظ على مبادئ الملكية والسلامة.

C ++ قابلية التشغيل البيني الواسعة

C ++ يتكامل بسلاسة مع C:

• قابلية التشغيل البيني المباشر مع C: تم تصميم C ++ لتكون متوافقة مع C ، مما يسمح باستخدام النظام الإيكولوجي الشاسع من مكتبات C مباشرة في رمز C ++.
• روابط للغات الأخرى: يحتوي C ++ على روابط للغات الأخرى (مثل Python مع Boost.python) ، مما يجعلها متعددة الاستخدامات في مشاريع متعددة اللغات.

بينما تنمو قابلية التشغيل البيني لـ Rust ، يظل C ++ هو الخيار المتوقع للتكامل المباشر مع مكتبات C الحالية.

اختيار الصدأ أو C ++ لمشروعك التالي

إليك ملخصًا سريعًا لموعد اختيار لغة واحدة على الآخر.

لماذا تختار الصدأ

• سلامة الذاكرة بدون جمع القمامة: يضمن السلامة من خلال الشيكات وقت التجميع ، مما يجعلها مثالية للمشاريع التي تركز على الأمان.
• التزامن الآمن: يدعم نموذج ملكية Rust آمنة متعددة الخيوط ، مثالية للتطبيقات القابلة للتطوير المتزامنة.
• الأدوات الحديثة: مع البضائع والنظام الإيكولوجي المتنامي ، يوفر Rust تجربة تنمية سلسة.
• تزايد شعبية: يكتسب Rust الجر في تجميع الويب وبرمجة الأنظمة والخدمات السحابية.

لماذا تختار C ++

• النظام البيئي الناضج: بالنسبة للمشاريع التي تحتاج إلى مكتبات واسعة النطاق والتكامل مع الأنظمة الحالية ، يوفر C ++ بيئة راسخة.
• التحكم في الأداء: يوفر C ++ وصولًا منخفضًا إلى الذاكرة والأجهزة ، وهي ميزة أساسية لتطوير اللعبة والأنظمة المدمجة.
• التوافق القديم: تستفيد المشاريع التي تنطوي على صيانة C ++ CodeBases من التوافق المباشر لـ C ++ مع C.
• معيار الصناعة في مجالات محددة: تعتمد العديد من الصناعات عالية الأداء ، مثل تطوير الألعاب والأنظمة المالية ، على C ++ بسبب سجلها وأدواتها.