Rust vs Python – 这是未来的编程语言吗？

随着Rust在开发者社区中的知名度不断上升，我们不得不思考：Rust会取代Python吗？哪种语言更适合你？你应该开始学习Rust吗？

本文为你全面剖析Rust与Python的对比格局。阅读完本文后，你将清晰了解Rust和Python各自的特点，并能够为项目选择合适的编程语言。

让我们开始吧。

什么是Rust？

Rust是一种多用途、高性能的编程语言。它采用静态类型系统，语法与C++相似。借助Rust，开发者可以创建内存效率高且性能优化的应用程序。

Rust的核心思想是在程序运行前编译所有代码。因此，它不包含运行时解决方案，使其非常适合编写关键应用程序。此外，通过其所有权模型，Rust提供了出色的并发性和内存管理规则。

描述Rust的最佳方式是：既具有类似C++的低层级访问能力，又具备像Python这样的高级编程语言的安全性。

谁在使用Rust？

Rust在初创公司和大企业中都很受欢迎。它是一种多用途编程语言，可用于服务器、工具、Web应用程序、游戏开发、数据科学等领域。

一些使用Rust的知名行业公司包括Coursera、Dropbox、Figma、Microsoft、Facebook和Discord。

每家公司根据需求以不同方式使用Rust。例如，协作式网页设计工具Figma使用Rust来提升其平台的前端性能。他们已将Figma的多玩家同步引擎完全从TypeScript重写为Rust。

流行的在线学习平台Coursera使用Rust为学生提供基于网页的作业解决方案。此外，Dropbox因其更好的测试和调试能力，使用Rust作为文件同步引擎，便于管理复杂的数据库和并发代码。

Rust的关键特性

Rust作为一种多范式编程语言表现出色。其关键特性使其与Python区分开来。它很好地结合了低层级访问和高层级可用性，匹配C++的性能。其关键特性包括：

• 内存安全：Rust是一种内存安全的编程语言。得益于其所有权模型，它无需依赖垃圾回收器即可实现内存安全。它还具有强大的类型系统，确保在编译时分析内存时不会发生运行时错误。
• 零成本抽象：Rust不会因使用抽象而惩罚开发者。这意味着使用抽象时不会产生性能损失，代码运行无额外开销。零成本概念有助于代码维护或添加新功能。
• 线程安全：Rust的所有权模型方法包含线程安全方法。它保护程序在运行时避免竞态条件。使用Rust的程序员可以利用Rust的可变选项来授予变量访问权限，并在不需要时清除它，从而创建线程安全的环境。

除了这些，Rust还提供易于理解的错误消息、类型推断、模式匹配和移动语义。

什么是Python？

Python是一种高级编程语言。以其脚本能力和易用性闻名。此外，它也是可视化、自动化、测试等的绝佳选择。

Python是解释型语言，支持面向对象范式。它还支持动态类型和绑定，这对快速应用程序开发（RAD）至关重要。

谁在使用Python？

Python是一种流行的编程语言。广泛应用于不同领域，包括金融、政府、教育和IT。Python的用例包括Web开发、数据分析与机器学习、脚本编写、自动化、软件原型设计等。

Google是使用Python进行项目的先锋。其创始人公开表示Python如何帮助他们取得更好成果，因为Python提供了更好的原型设计和易于维护性。

接下来是Facebook。他们在2016年发布了一篇文章，展示了如何使用Python编写和维护多个基础设施管理服务。这些包括Dapper、FBOSS和TORconfig；每个都为Facebook的核心基础设施提供独特功能。

Spotify也使用Python驱动其后端服务，包括数据分析。据Spotify称，他们喜欢Python能够适应快速开发流程。

Python的关键特性

Python是一种流行的编程语言。使其在开发者和学习者中如此受欢迎的关键特性包括：

• 类英语语法：Python语法在许多方面类似于英语。它类似于编写伪代码，这对大多数学习者和工程师很有吸引力。除了学习优势外，Python的类英语语法使开发更快。
• 解释型：Python是一种解释型语言。与编译型语言相比，它为开发者提供了灵活性。此外，解释型语言是真正平台无关的。Python作为解释型语言还带来其他好处，包括更快的原型设计和易于错误识别。
• 动态类型：Python是动态类型的，这使其更易于理解。解释器负责在运行时确定变量数据类型。
• 高级语言：Python是一种高级语言，使其易于使用。
• 面向对象编程语言：Python支持面向对象模型，让程序员实现继承、多态和封装等概念。它帮助开发者以类似于现实世界的方式映射事物，使他们能够更快、更高效地编写代码。

除了这些特性，Python的其他关键特性还包括庞大的社区、广泛的标准库、开源、平台无关性、GUI支持等。

Rust的优缺点

本节探讨Rust的优缺点。

Rust的优点

• Rust内存使用量低。这得益于Rust能够在不使用垃圾回收器的情况下提供出色的内存控制。
• Rust开箱即用性能卓越。它能够匹配C++的性能。这是因为它为性能而设计。此外，它还提供LLVM优化。其他提高系统性能的Rust特性包括切片、HashMap API等。
• Rust提供易于理解的错误消息。与其他无法做到这一点的编程语言相比，这是一个福音。编译器提供详细的错误信息，以便你能够尽可能多地获取信息来处理它们。
• Rust提供强大的工具链以改善开发工作流程。在这里，你可以获得Cargo包管理器，它能够提供包管理、文档生成和测试运行器。
• Rust是静态类型的，确保类型错误不会在运行时潜入。
• Rust支持跨平台开发。

Rust的缺点

• Rust的借用检查器引入了复杂性。这要求Rust程序员像借用检查器一样思考并解决相关问题。
• Rust不捕获堆栈跟踪，这使得错误难以调试。然而，基于社区的工具已经提供了解决方法，例如使用错误链库。
• Rust是一种新的编程语言，仍在发展中。其早期阶段意味着开发者必须部署变通方法来克服缺点，并且库仍在开发中。
• Rust的文档仍在完善中。这可能导致许多开发者寻找其他资源或延长调试时间。
• 由于为确保无错误代码开发进行了多项检查，Rust的编译时间较慢。

Python的优缺点

本节介绍Python的优缺点。

Python的优点

• Python因其类英语语法而易于学习。
• Python提供广泛的库，便于在不同领域（包括机器学习、Web开发、测试、自动化、爬虫、可视化等）进行更轻松、更快速的开发。
• Python非常适合快速应用程序开发。这是由于多种因素，包括动态类型、易学性、较短的程序代码和库的广泛可用性。
• Python是解释型的，这意味着具有更快的错误检查和独立于平台执行的能力等好处。
• Python是真正可移植的，遵循“一次编写，到处运行”的理念。由于Python是预编译的，其Python代码可以在任何地方使用平台特定的Python虚拟机（PVM）运行。
• Python是动态类型的，不需要程序员声明变量类型。其解释器在运行时确定数据类型。

Python的缺点

• 由于Python不是低级语言，它不是最快的编程语言。然而，这并不意味着它不适合现实世界的应用程序，但如果你正在构建关键应用程序，有比Python更好的选择。
• 由于动态类型方法和解释器的使用，Python存在运行时错误。这使得调试更加困难。
• 由于灵活的数据类型，Python内存消耗较高，使其不适合内存敏感的应用程序。
• Python未针对数据库访问进行优化。因此，如果你正在处理需要编写复杂查询的数据密集型应用程序，有比Python更合适的选择。
• 由于高内存消耗和Python移动框架的有限可用性，Python不是开发移动或桌面应用程序的理想选择。

Rust vs. Python 对比

在本节中，我们将仔细比较Rust和Python。我们将通过不同标准进行比较。如果你时间紧迫，请查看Rust vs Python表格。

流行度

在流行度方面，Python是赢家。这是由于多种原因，包括其易用性、在ML/AI领域的使用以及最明显的因素——年龄。

Python从1991年荷兰程序员Guido van Rossum发布其第一个版本开始，已有近30年历史。相比之下，Rust于2006年发布。直到最近，它才开始获得流行度。

尽管Python比Rust更流行，但这并不使Rust成为输家。

相反，在过去7年中，Rust连续成为StackOverflow开发者调查中最受喜爱的编程语言。然而，考虑到Rust学习曲线陡峭，它可能不会获得Python那样的流行度。

学习曲线

Python易于学习和入门。其易学性始于类英语语法和动态类型方法。最重要的是，有优秀的Python学习资源，使其对学习受众更具可访问性。

另一方面，Rust的学习曲线陡峭。其核心理念是提供创建内存安全程序的工具。为此，它引入了许多新概念，如所有权模型。如果你是初学者，可能会觉得更具挑战性。有经验的程序员必须投入时间和精力才能熟练掌握Rust。

除此之外，Python还拥有丰富的生态系统，你可以访问框架、库和模块。此外，考虑到它提供了良好的文档，使用Python变得容易。最后，你可以用比Rust更少的行数编写Python程序。

性能

在性能方面，Rust轻松胜出。由于代码被编译成机器码，它可以直接与硬件交互。Rust的内存管理方法也意味着更好的性能，因为它在代码编译期间强制执行内存检查。

Python缺乏速度，因为它是解释型的。这意味着Python虚拟机（PVM）必须首先解释代码，然后才能与硬件交互。然而，Python的目标从来不是快速，而是提供更多的灵活性和易用性。

内存管理

Python和Rust都旨在实现内存安全。然而，Rust非常重视内存管理，并通过其独特的所有权模型实现，其中变量需要被借用才能使用。一旦借用期结束，Rust的借用检查器会自动移除变量引用，确保适当的内存管理。

此外，Rust所有权模型强制程序员使用栈和堆来存储内存中的值。堆提供了一种组织性较差的值存储方式，而栈提供了一种更快、更有组织的方式存储和访问值。然而，程序员可以使用堆存储无组织值，然后使用栈存储堆指针以便快速访问。

另一方面，Python也是内存安全的，但使用垃圾回收器，这可能导致运行时竞态条件。

安全性

Rust非常重视安全性，这从其所有权模型中显而易见。它还为希望构建防弹应用程序的开发者提供了适当的安全Rust指南。此外，由于Rust在程序运行前编译，大多数错误和安全问题都会事先突出显示。最后，Rust团队积极修补任何安全漏洞，确保安全的Rust生态系统。

因此，当你开始使用Rust开发时，你使用其默认的“安全模式”。它还提供另一种模式，称为不安全Rust，为开发者提供更多灵活性来处理代码，并使他们负责应用程序的安全性。

Python也非常安全。然而，它在内存和线程安全方面确实有所欠缺。这意味着开发者必须进行繁重的工作（如内存管理）来保护其应用程序。

错误处理

在错误处理方面，Python使用异常处理错误。因此，开发者可以显式指定异常，这些异常与已有的内置异常一起工作。

在Rust中，错误处理方式不同。Rust提供两种错误类别，即可恢复错误和不可恢复错误。开发者必须解决不可恢复错误，因为一旦发生，Rust会进入恐慌宏。在这里，你可以获得如何解决问题的每一个细节。对于可恢复错误，用户必须输入正确的输入或自行解决。然而，Rust无法提供堆栈跟踪可能使需要帮助的开发者必须具备相关知识。许多链式工具提供了调试所需的堆栈信息。

总体而言，Rust提供了更好的错误处理模型，保证内存安全，提高用户友好性，并提供可靠性和一致性。

就业能力

大多数学习者学习编程语言是因为有赚钱的前景。那么，在赚钱方面，Rust和Python处于什么位置？

在这里，Python似乎以较大优势获胜。这是因为大多数行业参与者在流程中更频繁地使用Python。这就是为什么大多数IT公司都在寻找熟练的Python程序员。此外，Python广泛的用例意味着行业中有大量角色，包括数据分析师、机器学习专家、全栈开发者等。

练习Python面试问题

另一方面，Rust的市场需求有限。然而，即使它相对较新，随着更多公司在产品或服务中采用Rust，其需求正在增长。这意味着对Rust程序员有良好的需求，但低于Python程序员。

练习Rust面试问题

Rust和Python程序员都按照行业标准获得足够的报酬。

垃圾回收

Python依赖垃圾回收来释放内存。然而，Rust不使用垃圾回收器，因为它在编译时而不是运行时处理内存。

可扩展性

在核心设计方面，由于适当的内存管理、错误处理以及直接与硬件交互的能力，Rust提供了更可扩展的架构。然而，Python也可用于构建可扩展的解决方案，主要是因为可用的垂直或水平扩展选项。

社区和文档

Python拥有丰富的生态系统和庞大的社区。它还提供优秀的文档，几乎涵盖了其编程语言的每个方面。因此，如果你在Python中开发，你会立即在官方文档、视频或社区中找到帮助。

Rust在社区和文档方面表现相当不错。它是新语言的事实意味着社区较小，资源较少。然而，其文档每年都在增长，并全面展示了Rust的功能。

你应该学习哪种语言？

在Python和Rust之间做出选择并不容易。两者都是优秀的编程语言。然而，你可能会发现每种语言都有其优缺点。Rust的主要目标是为开发者提供创建无错误、高性能应用程序和服务的工具。其内存管理无与伦比，但由于其严格的开发规则，团队可能需要更长时间来交付原型和最终产品。

简而言之，你应该学习Rust如果：

• 你需要以并发为核心的解决方案。
• 你想扩展应用程序以满足用户需求。
• 你想进行低级编程，同时访问逻辑和函数式语法。
• 你希望代码易于维护，因为Rust的旧代码与新版本兼容。
• 你想受益于Rust在市场上的高需求。

另一方面，Python擅长原型设计。因此，学习容易，团队可以比Rust或任何其他编程语言更快地开始使用Python。此外，Python的现代特性，如函数式编程、面向对象支持和抽象，众所周知有助于开发。最重要的是，Python易于维护。

你应该学习Python如果：

• 你想进行数据科学项目并受益于其可扩展的可视化选项。
• 你想创建易于开发和维护的Web应用程序。
• 你想成为受欢迎的Python开发者。
• 你想进行网络爬虫或数据提取。

如果你完全是编程新手，最好从Python开始，然后转向Rust。对于有经验的程序员，Rust可能感觉更强大。然而，在学习任何这些编程语言之前，你应该考虑未来的目标。

简而言之，始终记住Python和Rust是编程语言工具。

它们是你创建期望输出的方式。因此，选择让你实现目标的工具。

何时使用？

在上一节中，我们讨论了应该学习哪种语言。然而，它并没有指导你，因为你仍然需要弄清楚何时使用Rust或Python。让我们在本节中解决这个问题。

何时使用Rust？

Rust的低级性能、零成本抽象和出色的内存管理使其适合以下目的：

• 编程操作系统或微控制器应用程序，因为你可以通过Rust的低级编程能力连接到硬件。
• Rust也是需要重写替换软件部分编程的项目的绝佳选择。Rust提供了出色的外部函数接口，因此你可以为这些部分编写性能更好的代码。
• 如果你正在处理嵌入式系统，你可以充分利用Rust，因为它可以直接访问底层硬件，包括CPU、内存和存储。

这些并不是所有的用例。为了更好地理解Rust解决问题的能力，你可以查看像Figma或Coursera这样的公司如何解决其专有平台特定问题。

何时使用Python？

Python是一种通用编程语言，适合各种用例。这些包括：

• Python是Web开发的绝佳选择。它拥有活跃的Web生态系统，你可以使用Django和Flask等Python框架创建Web应用程序。
• Python在数据分析和可视化方面非常有效。它拥有丰富的可视化库和框架。
• Python也是机器学习和人工智能的热门选择。它提供专用工具和库来进行ML和AI项目。

结论：哪种更好？

在编程语言方面没有真正的赢家。每种编程语言的核心都有一个指导它的理念。Python和Rust的核心理念不同。

Python的理念是易用性、原型友好和维护友好。另一方面，Rust主要专注于为程序员提供开发无错误、高性能解决方案的工具。这使得Rust难以学习和使用。这也意味着开发者在发布解决方案之前花费更多时间完善它。然而，几乎完美的Rust应用程序意味着更少的技术债务和维护。

你可以为科学研究、数据科学和Web开发选择Python。然而，如果你正在进行神经网络开发、WebAssembly开发或区块链开发，Rust似乎是更好的选择。