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问题

C++20 vs Rust，谁胜谁败？

回答
C++20 vs Rust：一场跨越时代的语言对决

编程语言的江湖风起云涌，新星崛起，旧王依旧。在众多语言中，C++以其悠久的历史和强大的性能占据着一席之地，而Rust作为新生代选手，以其独特的安全机制迅速赢得了开发者的青睐。当C++在二十年间不断演进，终于在C++20版本中展现出崭新的活力时，人们不禁会将它与Rust这位年轻的挑战者进行一番比较。那么，在这场跨越时代的语言对决中，究竟谁能更胜一筹呢？

要回答这个问题，我们不能简单地判输赢，因为“胜败”往往取决于评判的标准和具体的应用场景。C++20和Rust各有其闪光点，也各有其局限性。让我们深入剖析它们在几个关键维度上的表现。

内存安全与并发：Rust 的锋芒毕露

内存安全是现代编程语言设计中最重要的课题之一。C++的强大性能很大程度上依赖于它对内存的直接控制，但这同时也带来了诸如野指针、内存泄漏、数据竞争等令人头疼的bug。C++20在内存安全方面进行了一些改进，例如智能指针的广泛应用，但其核心的内存管理模型依然是手动分配与释放，或者通过RAII（Resource Acquisition Is Initialization）模式来辅助。

而Rust，从诞生之初就将内存安全作为核心设计目标。它通过其独特的“所有权”（Ownership）、“借用”（Borrowing）和“生命周期”（Lifetimes）系统，在编译时就消除了绝大多数内存安全问题。这意味着在Rust中，你很难写出导致段错误或数据竞争的代码，除非你故意绕过Rust的编译器检查机制（例如使用`unsafe`块）。

举个例子：

在C++中，如果你不小心将一个指向已释放内存的指针传递给另一个函数，或者在多线程环境下，两个线程同时修改同一块内存而没有适当的同步机制，那么你将面临未定义行为，轻则程序崩溃，重则数据损坏。

```c++
// C++ 示例 (存在风险)
include
include

int main() {
int ptr = new int(10);
delete ptr;
// 此时 ptr 是一个野指针，再次访问它会导致未定义行为
std::cout << ptr << std::endl; // 极有可能崩溃或输出垃圾值
return 0;
}
```

在Rust中，同样的操作在编译时就会被阻止：

```rust
// Rust 示例 (安全)
fn main() {
let mut vec = vec![1, 2, 3];
let first_element = &vec[0]; // 借用 vec 的第一个元素

// 如果在这里修改 vec (例如 vec.push(4))，
//Rust编译器会报错，因为 first_element 的借用与修改冲突。
//println!("{}", first_element); // 访问借用的元素
}
```

Rust的这种编译时保障，极大地提高了程序的健壮性和稳定性，尤其是在并发编程场景下。它通过所有权和借用规则，确保了数据在多线程访问时的安全性，无需开发者频繁地思考锁和同步原语。

结论： 在内存安全和并发的基石上，Rust以其创新的设计，展现出了明显的优势。这使得Rust在开发对安全性和稳定性要求极高的系统级软件、网络服务、嵌入式系统等领域成为一个非常有吸引力的选择。

性能：C++ 的老辣与 Rust 的挑战

C++凭借其接近硬件的控制能力和高度优化的编译器，长期以来一直是性能的代名词。C++20通过引入模块（Modules）、协程（Coroutines）、概念（Concepts）等新特性，进一步提升了语言的表达力和开发效率，同时也为性能优化提供了更多工具。C++的性能优势在于其能够精细地控制内存布局、直接调用底层API，以及丰富的优化手段。

Rust在性能上也能与C++匹敌，甚至在某些方面能够超越。Rust的设计目标之一就是提供与C++相当的零成本抽象（ZeroCost Abstractions），这意味着使用Rust的高级语言特性时，不会引入额外的运行时开销。它的编译器也非常智能，能够进行高度的优化。正如前文提到的，Rust通过其内存安全机制避免了垃圾回收（Garbage Collection）带来的性能停顿，这一点与C++一样。

性能比较的细节：

底层访问： C++在直接访问硬件寄存器、进行裸机编程等方面依然拥有更成熟、更广泛的生态和工具链。
编译器优化： 两者都有非常强大的编译器（GCC/Clang for C++, rustc for Rust），优化能力都非常出色。在微观层面的性能差异往往难以捉摸，取决于具体的代码模式和编译器版本。
抽象开销： Rust 的零成本抽象是其一大亮点，例如其特质（Traits）和泛型，其开销通常可以与C++的模板相媲美，甚至更好。
生态与库： C++拥有一个庞大且成熟的库生态，许多高性能库（如Eigen、OpenCV）都是用C++编写的，并且经过了多年的优化和验证。Rust的生态虽然发展迅速，但在某些专业领域，可能还不如C++那么完备。

谁更胜一筹？ 在大多数通用场景下，经过精心编写的C++20和Rust代码，其性能表现会非常接近。然而，在某些极端的底层优化、利用特定硬件指令集或者深度集成已有C++库的情况下，C++20可能仍然拥有更直接的控制力和更广泛的选项。反过来，Rust的内存安全保障也可能间接提升整体性能，因为它减少了因内存错误导致的调试和性能回滚。

结论： 性能上，两者都属于高性能语言的范畴，可以满足绝大多数对性能有要求的场景。C++20在传承上依然有其优势，而Rust则在安全的前提下提供了媲美甚至超越C++的性能。这更多地取决于开发者对语言的熟练程度以及具体项目的需求。

开发效率与易用性：Rust 的现代感与 C++ 的渐进

开发效率是衡量一门语言重要性的另一个维度。C++经过几十年的发展，积累了丰富的开发经验和工具，但其学习曲线依然陡峭，特别是对于新手而言。C++20引入的许多新特性，如模块、协程、范围（Ranges）、格式化库等，都在努力提升开发者的体验，让编写代码变得更简洁、更富有表现力。

Rust以其现代化的设计理念，在开发效率上提供了很多亮点。其清晰的错误处理机制（`Result`和`Option`类型），直观的模式匹配，以及强大的包管理器Cargo，都极大地提升了开发体验。Rust的文档也通常写得非常详尽和友好。

易用性比较：

学习曲线： C++的学习曲线依然是出了名的陡峭，特别是要掌握其内存管理、模板元编程、多态等核心概念。C++20的特性虽然能提升效率，但其基础的复杂性依然存在。Rust的学习曲线也并非平坦，其所有权和借用系统需要一定的适应期，但一旦掌握，很多潜在的错误就能避免，从而提高后续开发的效率。
工具链： Rust的Cargo是业界标杆，集成了构建、测试、依赖管理、文档生成等多种功能，开箱即用，体验极佳。C++的构建系统（CMake, Make等）虽然强大，但配置起来相对繁琐，且缺乏统一的包管理器。
错误处理： Rust的显式错误处理（`Result`枚举）强制开发者考虑错误情况，这在大型项目中尤为重要。C++的异常机制在某些情况下很方便，但也可能导致控制流复杂化，且在没有正确处理时会带来风险。
代码简洁性： C++20通过范围库等特性，能够写出非常简洁的代码，比如链式调用操作符。Rust的许多特性，如模式匹配和特质，也能让代码更具表达力。

谁更胜一筹？ 在整体的开发体验和效率方面，尤其是对于初学者和中等规模的项目，Rust通常会给人更现代、更流畅的感觉。其完善的工具链和明确的错误处理机制，能帮助开发者更快地进入状态并减少返工。然而，对于有经验的C++开发者而言，C++20的新特性也大大提升了他们的开发效率，并且在与现有C++代码集成时更为方便。

结论： Rust在开发效率和易用性方面，尤其是在现代化的工具链和错误处理方面，展现出更强的优势。但C++20也在努力追赶，通过新特性的引入，让开发体验有所改善。这更像是一场新老风格的较量，Rust更像是为现代软件开发量身定制，而C++则是在保持其传统优势的同时，进行适应性进化。

生态系统与社区：C++ 的深厚底蕴与 Rust 的蓬勃朝气

任何一门语言的生命力，都离不开其蓬勃发展的生态系统和活跃的社区。C++拥有超过四十年的历史，积累了极其庞大和成熟的库和框架生态。从操作系统内核、游戏引擎到科学计算、嵌入式设备，几乎所有你能想到的领域都有C++的身影。大量的现成解决方案和丰富的社区知识，使得开发者可以快速找到所需的工具和帮助。

Rust虽然年轻，但其社区非常活跃且充满热情。Cargo的流行也带动了大量高质量的Rust库（crates）的涌现，涵盖了Web开发、命令行工具、系统编程、加密等多个领域。Rust社区非常注重代码质量、文档和开发者的友好体验，这吸引了越来越多的人加入。

生态系统比较：

成熟度与广度： C++的生态系统无疑更加成熟和广泛。许多基础性的、跨平台的库都经过了时间的考验，并且拥有广泛的支持。
现代性与创新性： Rust的生态系统则更加现代化，许多库的设计更贴合现代编程范式，并且在安全性、性能方面有更好的保障。
互操作性： C++与C语言有着非常好的互操作性，这使得C++可以轻松地调用C库，反之亦然。Rust也提供了与C语言进行FFI（Foreign Function Interface）的机制，虽然稍显复杂，但也能很好地与其他语言集成。
社区支持： 两个社区都非常活跃。C++社区拥有庞大的用户基础和丰富的历史资料，而Rust社区则以其热情和乐于助人而闻名。

谁更胜一筹？ 在成熟度和广度上，C++仍然占有优势。然而，Rust的生态系统正在以前所未有的速度成长，并且在许多新兴领域表现出色。对于需要利用大量现有C++库的项目，或者对特定领域的成熟工具链有需求的开发者，C++可能更具吸引力。但对于希望拥抱新范式、追求代码安全和现代开发体验的开发者，Rust提供了一个非常有吸引力的选择。

结论： C++凭借其悠久历史和广泛应用，拥有无与伦比的生态系统广度和成熟度。Rust则以其蓬勃的朝气和对现代软件开发需求的精准把握，迅速构建起一个充满活力和创新力的生态。这就像是老牌劲旅与冉冉升起的新星的对决，各有千秋。

总结：没有绝对的胜者，只有适合的选择

回到最初的问题：“C++20 vs Rust，谁胜谁败？”

我的回答是：没有绝对的胜者，只有更适合特定场景的选择。

如果你需要极致的底层控制、直接硬件访问，并且拥有大量的现有C++代码和库需要维护和集成，或者你对C++的工具链和开发模式非常熟悉，那么C++20仍然是一个非常强大的选择。 C++20的进步使得它在现代开发中依然具有竞争力，并且在某些特定领域（如高性能计算、游戏开发、嵌入式系统）依然是无可替代的选择。
如果你追求内存安全、并发安全，希望减少因内存错误导致的调试时间，并且看重现代化的开发体验、强大的包管理器和活跃的社区，那么Rust是一个极具吸引力的选择。 Rust在系统编程、Web后端、命令行工具等领域已经展现出强大的实力，并且正在快速扩张其影响力。

可以这样理解：

C++20就像一位身经百战的老兵，它拥有丰富的经验和强大的力量，通过不断学习和进化，它依然能够适应新的战场，并展现出老辣的实力。
Rust则是一位充满潜力的年轻战士，它以全新的思想和武器武装自己，专注于解决传统战场上的顽疾，并在新的领域开疆拓土。

最终的选择，取决于你的项目需求、团队的技术栈、对风险的容忍度以及你对未来技术趋势的判断。了解这两门语言的优缺点，才能做出最明智的决定。它们并非零和博弈，而是在编程语言的舞台上，共同推动着软件开发的进步。

网友意见

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就表达力而言，我是不看好rust的，设计的接口也远不如C++那么自由、灵活、简洁与优雅。

举个例子，设计一个异步编程的when_all接口（也被称为gather/join等），语义要求当future都获得值之后，打包返回所有future的结果，即原型为：

       auto when_all(future<Ts>&&...) -> future<tuple<Ts...>>;

也就是说when_all接口可以接受任意数量的future类型，并且这些future也是泛型的，最终的返回类型是基于输入的future类型计算后得到的tuple类型。

在rust中你只能通过宏去做，并且写join2表达支持两个future参数，生成一个future<tuple<T1, T2>>类型，然后join3表达支持三个future参数，生成一个future<tuple<T1, T2, T3>>等等，由于输入参数的不确定性，每个实现都得重复，库开发者不爽，用户用起来也不爽。

宏机制并不比函数机制要好，如果能使用函数实现应该避免使用宏。因为函数可以显而易见地表达组合能力，只需要函数的参数匹配，就可以组合，哪怕组合的语义很奇怪，而宏你很难以一种通用的方式知道它是否可以与其他函数、宏进行组合。此外宏实现内部的可读性要比函数差很多。

比如我最近尝试用C++20编写协程库github.com/netcan/async，模仿python的asyncio标准库，用户表现几乎和python没什么区别。

C++版本：

Python版本：

C++版本：

Python版本：

user avatar

C++呀，rust我不会：）

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