Rust Vs C ++: una guía rápida para los desarrolladores

Rust y C ++ son dos poderosos lenguajes de programación de sistemas, cada uno con fortalezas únicas que se prestan mejor a ciertos proyectos que otros.

Esta guía repasará y comparará las características principales de estos idiomas, ayudándole a decidir cuál podría adaptarse mejor a su próximo proyecto web.

Seguridad de la memoria

La seguridad de la memoria es crucial para prevenir errores como desbordamientos de búfer, fugas de memoria y problemas de puntero que pueden conducir a bloqueos o vulnerabilidades de seguridad.

Modelo de seguridad de memoria de Rust

El óxido aplica la seguridad de la memoria a través de la propiedad, los préstamos y las vidas:

• Modelo de propiedad: Rust usa un sistema de propiedad único, donde cada pieza de datos tiene un solo propietario en cualquier momento.Cuando el propietario sale de alcance, Rust desacta automáticamente la memoria.Este modelo elimina la necesidad de gestión manual de memoria o recolección de basura.
• Préstamos y vidas: El óxido permite que los datos se tomen prestados de manera inmutable o mutuamente, pero no ambos.Esto evita que el compilador realice carreras de datos, incluso en programas complejos de múltiples subprocesos.Las anotaciones de por vida de Rust también ayudan a administrar la memoria de manera efectiva, asegurando que las referencias no sobrevivieran a sus datos.

Al hacer cumplir estas reglas en el tiempo de compilación, los errores como las deserferencias de puntero nulo, los desbordamientos de búfer y los errores de uso gratuito son casi imposibles de encontrar.

Enfoque de gestión de memoria de C ++

C ++ proporciona herramientas potentes para la gestión de la memoria, pero con menos características de seguridad automática:

• Gestión de memoria manual: Los desarrolladores de C ++ pueden usar punteros sin procesar para asignar y desasignar directamente la memoria, lo que proporciona flexibilidad, pero requiere disciplina para evitar fugas de memoria o punteros colgantes.
• Consejos inteligentes: C ++ moderno (desde C ++ 11) incluye punteros inteligentes como std :: unique_ptr, std :: shared_ptry std :: débil_ptr, que ayudan a administrar la memoria liberando automáticamente los recursos cuando ya no se usan.
• RAII (la adquisición de recursos es inicialización): C ++ utiliza RAII para administrar los recursos, lo que vincula la gestión de recursos con la vida útil de los objetos.Esto ayuda a administrar la memoria, pero se basa en la disciplina del desarrollador, ya que el compilador no hace cumplir estas reglas estrictamente.

Si bien C ++ ofrece flexibilidad en la gestión de la memoria, la falta de seguridad de la memoria impulsada por el compilador puede dar lugar a problemas de memoria de tiempo de ejecución si no se maneja con cuidado.

Concurrencia

La concurrencia permite a los programas manejar múltiples operaciones simultáneamente, una característica clave para la capacidad de respuesta y el uso eficiente de recursos en las aplicaciones.

Ventajas de concurrencia de Rust

El modelo de propiedad de Rust hace que sea inherentemente más seguro escribir un código concurrente:

• Prevención de la carrera de datos: El compilador de Rust aplica reglas de préstamo estrictos, por lo que no puede ocurrir una carrera de datos porque solo un hilo puede mutar datos en un momento dado.Esta característica está integrada en el modelo de concurrencia de Rust.
• Seguridad de hilo en el momento de la compilación: El óxido tiene el Enviar y Sincronización Rasgos que especifican si los tipos se pueden transferir de manera segura o acceder por múltiples subprocesos.Estos rasgos se implementan automáticamente, lo que facilita la captura de problemas de seguridad de los subprocesos antes de que el código se ejecute.
• Primitivas de concurrencia de alto nivel: El óxido proporciona primitivas de concurrencia como canales Para pasar mensajes entre hilos y bibliotecas como tokio Para la programación de Async, que son performantes y seguros.

Capacidades de concurrencia de C ++

C ++ tiene un sólido soporte de concurrencia, pero impone la responsabilidad del programador:

• Bibliotecas de enhebrado: C ++ proporciona std :: hilo y otras bibliotecas para admitir múltiples subprocesos, lo que permite potentes capacidades de concurrencia pero sin estrictos protecciones de carrera de datos.
• Mutexes y cerraduras: C ++ requiere el uso manual de mutexes, variables de condición y bloqueos para administrar el acceso de subprocesos a los recursos compartidos.El uso adecuado de estos mecanismos es esencial para evitar las carreras de datos.
• Operaciones atómicas: C ++ incluye el <Atómico> Biblioteca, que asegura que las operaciones de los datos compartidos sean seguros sin bloqueos, pero los desarrolladores deben comprender cuándo y cómo usarlos para evitar el comportamiento indefinido.

C ++ brinda a los programadores más control sobre la concurrencia, pero carece de las estrictas verificaciones de tiempo de compilación que proporciona Rust, lo que hace que sea más fácil introducir errores de concurrencia.

Manejo de errores

El manejo de errores afecta cómo los programas manejan situaciones inesperadas, como entradas no válidas o operaciones fallidas.

Manejo de errores de Rust con el resultado y la opción

El óxido evita las excepciones, optando por un manejo de errores más predecible:

• Tipos de resultados y opciones: Rust usa el Resultado y Opción tipos para manejar errores sin excepciones.El resultado representa el éxito (Okay) o falla (Errar), mientras que la opción se usa para valores que pueden o no estar presentes.
• Manejo de errores explícitos: Exigiendo funciones para devolver Resultado o Opción, los desarrolladores pueden manejar errores explícitamente, reduciendo las posibilidades de excepciones no controladas y aumentando la confiabilidad del código.
• Coincidencia de patrones: Sintaxis de coincidencia de patrones de óxido (fósforo) Permite a los desarrolladores manejar fácilmente diferentes casos de error, lo que hace que el manejo de errores sea claro y manejable.

Manejo de errores basado en excepción de C ++

C ++ utiliza un enfoque diferente con excepciones de tiempo de ejecución:

• Bloques de captura de try: C ++ usa bloques de captura de try para manejo de excepciones, donde se puede lanzar y atrapar una excepción durante el tiempo de ejecución.Esta flexibilidad permite a los desarrolladores manejar errores a nivel mundial, pero puede conducir a la sobrecarga de rendimiento.
• Raii y seguridad de recursos: C ++ puede vincular la gestión de recursos a la seguridad de las excepciones a través de RAII.Sin embargo, las excepciones deben administrarse cuidadosamente para evitar fugas de memoria.
• Manejo de errores alternativos: Algunos desarrolladores evitan las excepciones a favor de los códigos o estructuras de retorno de error como std :: opcional para controlar el rendimiento y evitar la imprevisibilidad.

El enfoque de Rust a menudo se considera más seguro y más predecible, mientras que el modelo de excepción de C ++ ofrece flexibilidad pero a costa de posibles problemas de rendimiento.

Seguridad de tiempo de compilación

Las verificaciones de seguridad en tiempo de compilación evitan errores comunes antes de que se ejecute el código, lo que puede reducir la costosa depuración del tiempo de ejecución.

Seguridad de tiempo de compilación estricta de Rust

El compilador de Rust es estricto y hace cumplir una variedad de reglas:

• Cheques de propiedad y préstamos: El compilador de Rust verifica las reglas de propiedad y préstamos en el momento de la compilación, evitando las carreras de datos y los problemas de memoria antes de la ejecución.
• Tipo de seguridad y anotaciones de por vida: El óxido aplica una seguridad de tipo estricto, y sus anotaciones de por vida hacen que las referencias no sean sobrevivir a sus dueños, evitando errores de tiempo de ejecución comunes.
• Menos errores de tiempo de ejecución: Debido a las verificaciones de tiempo de compilación de Rust, aparecen menos errores en tiempo de ejecución, lo que hace que las aplicaciones sean más estables y confiables.

La seguridad de tiempo de compilación flexible de C ++

C ++ proporciona verificación de tipo de compilación, pero es menos restrictivo:

• Tipo de seguridad: C ++ verifica los tipos en el momento de la compilación, pero el lanzamiento implícito y las reglas menos estrictas pueden conducir a errores de tiempo de ejecución relacionados con el tipo.
• Metaprograma de plantilla: C ++ admite características de tiempo de compilación potentes a través de plantillas, lo que permite a los desarrolladores realizar algunos cálculos en el momento de la compilación, aunque puede hacer que la depuración sea más desafiante.
• Menos garantías de seguridad: C ++ no aplica préstamos o propiedad en el momento de la compilación, por lo que los problemas de seguridad de la memoria son más difíciles de atrapar antes del tiempo de ejecución.

Las estrictas controles de tiempo de compilación de Rust ayudan a mantener la seguridad, mientras que la flexibilidad de C ++ permite un desarrollo rápido, pero puede dar como resultado una mayor depuración de tiempo de ejecución.

Actuación

Ambos idiomas están diseñados para un alto rendimiento, pero adoptan diferentes enfoques.

El rendimiento de Rust con abstracciones de costo cero

El óxido está optimizado para que coincida con el rendimiento de C ++ sin agregar sobrecarga:

• Abstracciones de costo cero: Las abstracciones de Rust, como los iteradores y la coincidencia de patrones, agregan ningún costo de tiempo de ejecución, manteniéndolo como un código de nivel inferior.
• Gestión de memoria optimizada: El sistema de propiedad de Rust minimiza la gestión de la memoria del tiempo de ejecución, reduciendo la sobrecarga de recolección de basura en comparación con otros idiomas.
• Optimizaciones de compiladores eficientes: El backend LLVM de Rust Rust realiza optimizaciones que acercan el rendimiento de Rust, o a veces mejor que C ++.

Rendimiento de C ++ y control de bajo nivel

C ++ ha sido durante mucho tiempo el estándar para el rendimiento:

• Gestión de memoria manual: C ++ brinda a los desarrolladores un control total sobre la asignación de memoria y los recursos de hardware, lo cual es beneficioso en las aplicaciones sensibles al rendimiento.
• Alta optimización: Los compiladores de C ++ (como GCC y CLANG) ofrecen altas capacidades de optimización, lo que hace que C ++ sea extremadamente eficiente para aplicaciones de baja latencia y alta frecuencia.
• Flexibilidad para el hardware: C ++ permite el control directo del hardware, que es ideal para aplicaciones como sistemas en tiempo real, sistemas integrados y desarrollo de juegos.

Si bien Rust puede igualar el rendimiento de C ++ en muchos escenarios, C ++ ofrece un control más fino sobre las optimizaciones de bajo nivel, lo que lo hace popular en los campos de rendimiento.

Ecosistema y herramientas

El ecosistema de cada idioma afecta la productividad y la facilidad de construir proyectos a gran escala.

Herramientas modernas de Rust con carga

El ecosistema de Rust se basa en las prácticas de desarrollo modernas:

• Administrador de paquetes de carga: La carga simplifica la gestión de proyectos, la resolución de dependencia y la construcción, lo que facilita trabajar con paquetes y mantener proyectos.
• Biblioteca Rich Cates.io: El repositorio oficial de paquetes de Rust, Craates.io, proporciona una gama de bibliotecas de alta calidad y bien mantenidas para varios dominios.
• Prueba y documentación integradas: La carga admite pruebas incorporadas, evaluación comparativa y generación de documentación, creando un entorno de desarrollo simplificado.

El ecosistema maduro y la diversidad de herramientas de C ++

C ++ se beneficia de décadas de desarrollo y un ecosistema extenso:

• Bibliotecas y marcos establecidos: C ++ tiene una amplia selección de bibliotecas para todo, desde el desarrollo de la GUI hasta los gráficos en tiempo real y el aprendizaje automático.
• Opciones de herramientas diversas: Construir sistemas como CMake, Makefiles y Ninja ofrecen capacidades potentes, aunque pueden requerir más configuración que la carga de Rust.
• Amplio apoyo comunitario: La comunidad madura de C ++ ofrece un amplio apoyo y recursos extensos para resolver desafíos, particularmente en dominios especializados como el desarrollo de juegos y la informática científica.

Las herramientas modernas de Rust es más fácil, mientras que el ecosistema de larga data de C ++ admite una amplia gama de aplicaciones y ofrece amplias opciones de herramientas.

Interoperabilidad

La interoperabilidad se refiere a la facilidad de usar un idioma con otros sistemas o idiomas.

La interoperabilidad de Rust con C/C ++

El óxido tiene capacidades de interoperabilidad crecientes:

• Interfaz de función extranjera (FFI): El FFI de Rust permite llamadas directas al código C, lo que hace que sea más fácil interactuar con sistemas heredados o bibliotecas C sensibles al rendimiento.
• Gestión de memoria manual para FFI: El óxido requiere atención adicional al administrar la memoria a través de los límites de la FFI para mantener los principios de propiedad y seguridad.

La extensa interoperabilidad de C ++

C ++ se integra sin problemas con C:

• Interoperabilidad directa con C: C ++ está diseñado para ser compatible con C, lo que permite que el vasto ecosistema de las bibliotecas C se use directamente en el código C ++.
• Bintings para otros idiomas: C ++ tiene enlaces para otros idiomas (como Python con Boost.python), lo que lo hace muy versátil en proyectos de varios idiomas.

Si bien la interoperabilidad de Rust está creciendo, C ++ sigue siendo la opción de integración directa con las bibliotecas C existentes.

Elegir Rust o C ++ para su próximo proyecto

Aquí hay un resumen rápido de cuándo puede elegir un idioma sobre el otro.

Por qué elegir óxido

• Seguridad de la memoria sin recolección de basura: Asegura la seguridad a través de controles en tiempo de compilación, lo que la hace ideal para proyectos centrados en la seguridad.
• Concurrencia segura: El modelo de propiedad de Rust es compatible con múltiples subprocesos, ideales para aplicaciones concurrentes escalables.
• Herramientas modernas: Con carga y un ecosistema creciente, Rust proporciona una experiencia de desarrollo suave.
• Creciente popularidad: Rust está ganando tracción en el ensamblaje web, la programación de sistemas y los servicios en la nube.

Por qué elegir C ++

• Ecosistema maduro: Para proyectos que necesitan extensas bibliotecas e integración con los sistemas existentes, C ++ ofrece un entorno bien establecido.
• Control de rendimiento: C ++ ofrece acceso de bajo nivel a la memoria y el hardware, una característica central para el desarrollo de juegos y los sistemas integrados.
• Compatibilidad legal: Los proyectos que involucran el mantenimiento de las bases de código C o C ++ existentes se benefician de la compatibilidad directa de C ++ con C.
• Estándar de la industria en dominios específicos: Muchas industrias de alto rendimiento, como el desarrollo de juegos y los sistemas financieros, dependen de C ++ debido a su historial y herramientas.