Mozillas Programmiersprache: Rust bedient sich bei der Konkurrenz

Rust ist benannt nach dem "rostigem" Pilzbefall auf Pflanzen. (Bild: Wikimedia:Smartse - CC-BY-SA 3.0)

Gedacht ist Rust als schnellere und einfachere Alternative zu C und C++. Doch die Programmiersprache unterscheidet sich teils deutlich von ihren Vorbildern. Wir zeigen ihre Grundlagen anhand von Beispielen. Dabei wird auch klar, dass sich die Sprache großzügig bei der Konkurrenz bedient.
Von Andreas Möller

Die statisch typisierte Programmiersprache Rust soll schnell und sicher sein. Seit dem Erscheinen der Version 1.0 gilt die Sprache als stabil, so dass sich nun auch externe Entwickler damit vertraut machen können. Dabei wird schnell klar, dass Rust viele Anleihen bei anderen Sprachen macht. Wir erklären mit Hilfe einfacher Beispiele im Folgenden grundlegende Konzepte von Rust.

Speicher und Zeiger

Rust speichert wie ihr großes Vorbild C Variablen fester Größe in einem Stack. Zeigerwerte legt sie hingegen im Heap des Hauptspeichers ab. Der folgende Code demonstriert den kontrollierten Umgang mit alloziertem Speicher unter Rust.

Geänderte Besitzverhältnisse

01 fn print_length(vec:Vec<i32>)  {
02   println!("Der Länge des Vektors beträgt {}", vec.len());
03 }
04
05 fn main() {
06   let mut vec:Vec<i32> = vec![1,2,3];
07   print_length(vec);
08   vec.push(4);
09 }

Wird der Code in der Datei moved_type.rs gespeichert und die Software anschließend über den Befehl rustc moved.rs in der Shell kompiliert, bricht der Compiler den Vorgang mit einer Fehlermeldung für die Zeile 8 ab:
moved_type.rs:8:3: 8:6 error: use of moved value: `vec`

In dem Beispiel verweist der im Hauptteil des Programms erzeugte Zeiger vec (Zeile 6) auf den Speicherbereich im Heap, der die Repräsentation des Vektors mit den Komponenten 1, 2 und 3 speichert. Zeile 7 übergibt den Zeiger an die Funktion print_length() und macht sie so zum exklusiven Besitzer. In der Konsequenz darf das Programm den Zeiger ab Zeile 7 nicht mehr verwenden, was zu der Fehlermeldung führt.

Soll der Zeiger dennoch weiterverwendet werden, kann er temporär an print_length() verliehen werden (Borrowing). Dazu wird in Zeile 7 eine Referenz (&vec) übergeben und analog die Funktionsdeklaration von print_length() in Zeile 1 modifiziert nach vec: &Vec<i32>. Soll print_length() zudem in der Lage sein, den Zeigerwert zu ändern, muss alternativ das Fragment vec: &mut Vec<i32> genutzt werden.

Rust ermöglicht es den Entwicklern aber nur, eine veränderbare Referenz zu übergeben. Um den Ressourcenverleih in jedem Aspekt der Programmierung richtig zu machen, bietet Rust neben dem Borrowing die Angabe von Lifetimes.

Beim Freigeben von alloziertem Speicher verfolgt die Programmiersprache einen eigenen Ansatz: Das Rust-Kompilat erledigt die Speicherfreigabe selbsttätig und verzichtet dabei auf einen Garbage Collector wie es ihn unter Java gibt. Auch die Funktion free(), wie sie C und C++ unterstützen, muss die Sprache nicht heranziehen, um den Speicherplatz programmgestützt freizugeben.

Ausdrucksstark

Wertet Rust einen Ausdruck aus, ist dessen Rückgabewert das Ergebnis. Doch auch alle Anweisungen haben einen Rückgabewert: ein leeres Tupel. Das Semikolon trennt, wie in vielen anderen Sprachen, Ausdrücke und Funktionen, um sie zu gruppieren.

Die Funktion aus dem nächsten Beispiel ermittelt das Maximum zweier ganzer Zahlen. Diese übernimmt sie in der Parameterliste nach dem Funktionsnamen in Zeile 1. Als Datentyp verlangt sie für die Parameter a und b je eine 32-Bit-Zahl. Der Rückgabewert rechts neben dem ->-Operator ist vom selben Typ.

Rückgabewerte

01 fn max(a:i32, b:i32) -> i32 {
02   if a > b { return a };
03   b
04 }

Zeile 2 verwendet das Schlüsselwort return (ret in Version 0.3) und gibt a als Resultat zurück. Anderenfalls gibt Zeile 3 den Wert von b zurück. Die letzte Zeile des Funktionsrumpfes darf auf return verzichten.

Falls Zeile 3 irrtümlicherweise mit einem Semikolon abgeschlossen würde, wäre die Funktion ungültig, denn das würde den Ausdruck b in eine Anweisung verwandeln. Damit wäre der Typ des Rückgabewerts ein Tupel und nicht wie gefordert eine ganze Zahl.