Rust vs Python – 谁将成为未来的编程语言？

随着Rust在开发者社区中的热度不断攀升，一个关键问题随之浮现：Rust会取代Python吗？哪一种语言更适合你？你应该开始学习Rust吗？

本文为你全面剖析Rust与Python的格局。读完本文，你将清晰地了解Rust和Python各自的特点。此外，你也能学会如何为你的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。它是静态类型的，语法与C++类似。借助Rust，开发者可以创建内存效率高、性能优化的应用程序。

Rust的核心理念是在程序运行前编译一切。因此，它不包含运行时解决方案，这使其成为编写关键应用程序的理想选择。此外，它提供了出色的并发性和由其所有权模型驱动的内存管理规则。

描述Rust的最佳方式是：它拥有类似C++的低层访问能力，同时具备像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。Rust是一种多用途的编程语言，可用于服务器、工具、Web应用程序、游戏开发、数据科学等领域。

使用Rust的一些知名行业公司包括Coursera、Dropbox、Figma、Microsoft、Facebook和Discord。

每家公司根据需求以不同的方式使用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由于更好的测试和调试，使用Rust开发其文件同步引擎，这使得管理复杂数据库和并发代码变得更加容易。

Rust的关键特性

Rust作为一种多范式编程语言表现出色。然而，其关键特性使其与Python区分开来。它完美结合了低层访问能力与高层可用性，性能堪比C++。其关键特性包括：

• 内存安全性：Rust是一种内存安全的编程语言。得益于其所有权模型，它在不依赖垃圾回收器的情况下实现了内存安全。它还具有强大的类型系统，确保在运行时不会发生错误，因为Rust的编译器在编译时会分析内存。
• 零成本抽象：Rust不会因为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，代码运行时也没有开销。零成本的概念有助于进行代码维护或添加新功能。
• 线程安全：Rust处理并发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不会遇到竞争条件。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，然后在不需要时将其清除，从而创建线程安全的环境。

除了这些，Rust还提供了易于理解的错误信息、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。它以脚本能力和易用性而闻名。此外，它也是可视化、自动化、测试等的绝佳选择。

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

谁在使用Python？

Python是一种流行的编程语言。它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。

谷歌是使用Python进行项目开发的先驱。其创始人直言Python如何帮助他们取得更好的成果，因为Python提供了更好的原型设计和易维护性。

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。这些服务包括Dapper、FBOSS和TORconfig；每一个都为Facebook的核心基础设施提供了独特的功能。

Spotify也使用Python为其后端服务提供支持，包括数据分析。根据Spotify的说法，他们喜欢Python能够快速融入开发流程的特性。

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广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，这吸引了大多数学习者和工程师。除了学习优势，Python的类英语语法也使开发速度更快。
• 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。作为一种解释型语言，Python也带来了其他好处，包括更快的原型设计和易于识别错误。
• 动态类型：Python是动态类型的，这使得它更易于理解。解释器负责在运行时确定变量的数据类型。
• 高级语言：Python是一种高级语言，易于使用。
• 面向对象编程语言：Python支持面向对象模型，让程序员能够实现继承、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的内存使用率低。这得益于Rust在不使用垃圾回收器的情况下提供出色的内存控制能力。
• Rust开箱即用，性能卓越。它能够匹配C++的性能。这是因为它专为性能而设计。此外，它还提供LLVM优化。其他提升系统性能的Rust特性包括切片、HashMap API等。
• Rust还提供易于理解的错误信息。与其他未能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，以便你能够获得尽可能多的信息来处理它们。
• Rust提供了强大的工具链以改善开发工作流程。其中，Cargo包管理器能够提供包管理、文档生成和测试运行器功能。
• Rust是静态类型的，确保类型错误不会在运行时悄悄出现。
• 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，社区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采取变通方法来克服缺点，并且库仍在完善中。
• 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增加调试时间。
• 由于为确保无错误代码开发而进行的多项检查，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提供了广泛的库，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）进行更快速、更轻松的开发。
• Python非常适合快速应用程序开发。这得益于多种因素，包括动态类型、易于学习、程序代码更短以及库的广泛可用性。
• Python是解释型的，这意味着具有更快的错误检查和不依赖于平台的独立执行能力等好处。
• 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代码可以通过特定平台的Python虚拟机（PVM）在任何地方运行。
• 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，它并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，但如果你要构建关键应用程序，有比Python更好的选择。
• 由于动态类型方法和解释器的使用，Python容易出现运行时错误。这使得调试更加困难。
• Python由于灵活的数据类型，内存消耗较高，因此不适合内存敏感的应用程序。
• Python在数据库访问方面未做优化。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。我们将通过不同的标准进行比较。如果你赶时间，可以查看下面的Rust vs Python对比表。

流行度

在流行度方面，Python是赢家。这有多方面原因，包括其易用性、在ML/AI领域的应用，以及最明显的因素——年龄。

Python从其1991年由荷兰程序员Guido van Rossum发布第一个版本算起，已有近三十年的历史。相比之下，Rust于2006年发布。直到最近，它才开始流行起来。

尽管Python的流行度超过Rust，但这并不意味着Rust是失败者。

相反，在过去的7年里，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陡峭的学习曲线，它可能无法获得像Python那样的流行度。

学习曲线

Python易于学习入门。其易于学习始于其类英语语法和动态类型方法。最重要的是，有大量优秀的Python学习资源，使其对学习群体更具吸引力。

另一方面，Rust的学习曲线陡峭。其核心理念是提供一个工具来创建内存安全的程序。为此，它引入了许多新概念，例如所有权模型。如果你是初学者，可能会觉得它更具挑战性。即使是经验丰富的程序员也需要投入时间和精力才能精通Rust。

除此之外，Python还拥有丰富的生态系统，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变得更加容易。最后，用Python编写的程序行数通常比用Rust编写的要少。

性能

在性能方面，Rust毫无疑问胜出。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）必须先解释代码，然后才能与硬件交互。然而，Python的目标从来不是追求速度，而是提供更多的灵活性和易用性。

内存管理

Python和Rust都致力于实现内存安全。然而，Rust对内存管理极为重视，并通过其独特的所有权模型来实现，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，确保正确的内存管理。

此外，Rust所有权模型强制程序员使用栈和堆在内存中存储值。堆提供了一种组织性较差的值存储方式，而栈则提供了一种更快、更有组织的值存储和访问方式。然而，程序员可以使用堆来存储无组织的值，然后使用栈来存储堆指针以实现更快访问。

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争条件。

安全性

Rust非常重视安全性，这从其所有权模型就可以看出。它还提供了适当的安全Rust指南，供希望构建坚固应用程序的开发者使用。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被预先指出。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，你使用的是默认的“默认安全”模式。它还提供了另一种称为不安全Rust的模式，该模式为开发者提供了更多处理代码的灵活性，并让他们对应用程序的安全性负责。

Python也非常安全。然而，它在内存和线程安全方面确实存在不足。这意味着开发者必须进行繁重的工作（例如内存管理）来保护他们的应用程序。

错误处理

在错误处理方面，Python使用异常来处理错误。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，错误处理的工作方式不同。Rust提供两类错误，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panic宏。在这里，你会获得如何解决问题的所有细节。对于可恢复错误，用户必须输入正确的输入或从其自身解决。然而，Rust无法提供堆栈跟踪，可能会让那些缺乏知识的开发者感到困惑。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，保证了内存安全，提高了用户友好性，并提供了可靠性和一致性。

就业前景

大多数学习者学习编程语言是为了赚钱。那么，在赚钱方面，Rust和Python处于什么位置？

在这方面，Python似乎以很大优势胜出。这是因为大多数行业参与者在他们的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广泛的使用场景意味着整个行业存在大量角色，包括数据分析师、机器学习专家、全栈开发人员等。

另一方面，Rust的市场需求有限。然而，即使它相对较新，但随着越来越多的公司在产品或服务中采用Rust，其需求正在增长。这意味着Rust程序员有不错的需求，但低于Python程序员。

Rust和Python程序员都能根据行业标准获得相应的报酬。

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，因为它在编译时而非运行时处理内存。

可扩展性

就核心设计而言，得益于适当的内存管理、错误处理以及直接与硬件交互的能力，Rust提供了更具可扩展性的架构。然而，Python也可以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。它还提供了优秀的文档，几乎涵盖了其编程语言的方方面面。因此，如果你在用Python开发，你可以立即在官方文档、视频或社区中找到帮助。

Rust在社区和文档方面表现尚可。它是新语言的事实意味着其社区较小，资源较少。然而，其文档每年都在增强，并全面介绍了Rust所提供的功能。

你应该学习哪一种？

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，你可能会发现它们各有优缺点。Rust的主要目标是向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，团队交付原型和最终产品可能需要更长的时间。

简而言之，如果符合以下情况，你应该学习Rust：

• 你需要核心使用并发性的解决方案。
• 你需要扩展应用程序以满足用户需求。
• 你想进行低级编程，并能使用逻辑和函数式语法。
• 你希望代码易于维护，因为Rust的旧代码与新版本兼容。
• 你想受益于市场上Rust的高需求。

另一方面，Python在原型设计方面表现出色。因此，学习起来很容易，团队可以比使用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。

如果符合以下情况，你应该学习Python：

• 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。
• 你想成为一名受欢迎的Python开发者。
• 你想进行网页抓取或数据提取。

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来说，Rust可能感觉更强大。然而，在学习这些编程语言中的任何一种之前，你都应该考虑未来的目标。

简而言之，始终记住Python和Rust都是编程语言工具。它们是你实现期望输出的方式。所以，选择一种能让你达成目标的工具。

何时使用？

在上一节中，我们讨论了应该学习哪一种语言。然而，它并没有提供具体的指导，因为你仍然需要弄清楚何时使用Rust或Python。所以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成为以下用途的理想选择：

• 编程操作系统或微控制器应用程序，因为你可以利用Rust的低级编程能力连接到硬件。
• Rust也是重写替换软件部件的编程部分的绝佳选择。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。

这些并非全部用例。为了更好地理解Rust解决问题的能力，你可以看看像Figma或Coursera这样的公司如何解决其专有平台特定的问题。

何时使用Python？

Python是一种通用编程语言，适用于各种用例。这些包括：

• Python是Web开发的绝佳选择。它拥有一个充满活力的Web生态系统，你可以使用Python框架（如Django和Flask）来创建你的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。它提供了专门的工具和库来进行ML和AI项目。

结论：哪一个更好？

就编程语言而言，没有真正的赢家。每种编程语言的核心都有一套指导它的理念。Python和Rust的核心理念是不同的。

Python的理念是易用性、原型友好性和维护友好性。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。这也意味着开发人员在发布解决方案之前需要花费更多时间来完善它。然而，一个近乎完美的Rust应用程序意味着更少的技术债务和维护。

对于科学研究、数据科学和Web开发，你可以选择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。