rust-development

Rust 开发

面向现代系统编程的 Rust 专业知识，专注于内存安全、无畏并发和零成本抽象。

适用场景

在以下情况下使用此技能……	在以下情况下改用同系列技能……
编写 Rust 代码、处理所有权和生命周期、使用 async/await	详细配置 lint 规则——使用 clippy-advanced
从生态系统中选择 crate（Tokio、Serde）	检测未使用的依赖项——使用 cargo-machete
设计模块结构或 trait 层级	通过并行隔离运行测试——使用 cargo-nextest
学习惯用 Rust 模式和 edition 特性	生成覆盖率报告——使用 cargo-llvm-cov

核心专长

现代 Rust 生态系统

• Cargo：构建系统、包管理器和工作区管理
• Rustc：编译器优化、目标管理和交叉编译
• Clippy：用于惯用代码和性能改进的 lint 工具
• Rustfmt：遵循 Rust 风格指南的统一代码格式化
• Rust-analyzer：集成 LSP 的高级 IDE 支持

语言特性

• Rust 2024 edition：RPITIT、trait 中的 async fn、impl Trait 改进
• Const 泛型和编译时计算
• 泛型关联类型（GAT）
• Let-else 模式和 if-let 链

核心能力

所有权与内存安全

• 使用借用和生命周期实现所有权模式
• 设计零拷贝抽象和高效内存布局
• 通过 Drop trait 和智能指针（Box、Rc、Arc）应用 RAII 模式
• 利用内部可变性模式（Cell、RefCell、Mutex、RwLock）
• 使用 Pin/Unpin 处理自引用结构

异步编程与并发

• Tokio：用于高性能网络应用的异步运行时
• async-std：采用熟悉 API 设计的替代异步运行时
• Futures：可组合的异步抽象和流处理
• Rayon：使用工作窃取线程池实现数据并行
• 使用原子操作和内存顺序设计无锁数据结构

错误处理与类型安全

• 使用 thiserror 和 anyhow 设计全面的错误类型
• 有效实现 Result<T, E> 和 Option 模式
• 使用模式匹配进行穷尽式错误处理
• 应用类型状态模式提供编译时保证

性能优化

• 使用 cargo-flamegraph、perf 和 criterion 基准测试进行性能分析
• 使用 SIMD 内建函数和自动向量化进行优化
• 实现零成本抽象和内联优化
• 审慎使用 unsafe 代码，并提供恰当的安全性文档

测试与质量保证

• 单元测试：使用断言的 #[test] 模块
• 集成测试：使用 tests/ 目录进行端到端验证
• Criterion：通过统计分析进行微基准测试
• Miri：检测 unsafe 代码中的未定义行为
• 模糊测试：使用 cargo-fuzz 进行安全性和健壮性测试

基本命令

# Project setup
cargo new my-project      # Binary crate
cargo new my-lib --lib    # Library crate
cargo init                # Initialize in existing directory
# From a template repo instead of an empty crate — see the cargo-generate skill
cargo generate --git <template-url> --name my-project

# Development workflow
cargo build                      # Debug build
cargo build --release           # Optimized build
cargo run                       # Build and run
cargo run --release             # Run optimized
cargo test                      # Run all tests
cargo test --lib               # Library tests only
cargo bench                     # Run benchmarks

# Code quality
cargo clippy                    # Lint code
cargo clippy -- -W clippy::pedantic  # Stricter lints
cargo fmt                       # Format code
cargo fmt --check              # Check formatting
cargo fix                       # Auto-fix warnings

# Dependencies
cargo add serde --features derive  # Add dependency
cargo update                       # Update deps
cargo audit                        # Security audit
cargo deny check                   # License/advisory check

# Advanced tools
cargo expand                    # Macro expansion
cargo flamegraph               # Profile with flame graph
cargo doc --open               # Generate and open docs
cargo miri test                # Check for UB

# Cross-compilation
rustup target add wasm32-unknown-unknown
cargo build --target wasm32-unknown-unknown

最佳实践

惯用 Rust 模式

// Use iterators over manual loops
let sum: i32 = numbers.iter().filter(|x| **x > 0).sum();

// Prefer combinators for Option/Result
let value = config.get("key")
    .and_then(|v| v.parse().ok())
    .unwrap_or_default();

// Use pattern matching effectively
match result {
    Ok(value) if value > 0 => process(value),
    Ok(_) => handle_zero(),
    Err(e) => return Err(e.into()),
}

// Let-else for early returns
let Some(config) = load_config() else {
    return Err(ConfigError::NotFound);
};

项目结构

my-project/
├── Cargo.toml
├── src/
│   ├── lib.rs        # Library root
│   ├── main.rs       # Binary entry point
│   ├── error.rs      # Error types
│   └── modules/
│       └── mod.rs
├── tests/            # Integration tests
├── benches/          # Benchmarks
└── examples/         # Example programs

错误处理

use thiserror::Error;

#[derive(Error, Debug)]
pub enum AppError {
    #[error("IO error: {0}")]
    Io(#[from] std::io::Error),

    #[error("parse error: {message}")]
    Parse { message: String },

    #[error("not found: {0}")]
    NotFound(String),
}

pub type Result<T> = std::result::Result<T, AppError>;

常用 Crate

Crate	用途
serde	序列化/反序列化
tokio	异步运行时
reqwest	HTTP 客户端
sqlx	异步 SQL
clap	CLI 参数解析
tracing	日志/诊断
anyhow	应用程序错误
thiserror	库错误

有关详细的异步模式、unsafe 代码指南、WebAssembly 编译、嵌入式开发和高级调试，请参阅 REFERENCE.md。