盡管學(xué)習(xí)曲線陡峭，Rust已經(jīng)證明了自己是一門(mén)值得掌握的語(yǔ)言。今天，讓我們深入研究一下Rust優(yōu)于C++語(yǔ)言的原因。

原因1：積極的編譯器優(yōu)化

• Rust的編譯器(LLVM)比C++編譯器更積極地優(yōu)化代碼，這是因?yàn)樗袡?quán)規(guī)則，LLVM可以做出假設(shè)。
• LLVM在內(nèi)聯(lián)函數(shù)方面更加積極，特別是對(duì)于小函數(shù)。內(nèi)聯(lián)避免了函數(shù)調(diào)用開(kāi)銷(xiāo)并使其快速。

例如，下面的函數(shù)可能會(huì)或可能不會(huì)被C++編譯器內(nèi)聯(lián)，但LLVM肯定會(huì)內(nèi)聯(lián)它。

fn f(n: i32, dp: &mut Vec<i32>) -> i32 {
    let n1 = n as usize;
    if dp[n1] != -1 {
        return dp[n1];
    }
    dp[n1] = Self::f(n-1, dp) + Self::f(n-2, dp) + Self::f(n-3, dp);
    dp[n1]
}

原因2：較低的運(yùn)行時(shí)開(kāi)銷(xiāo)

1，C++棧展開(kāi)導(dǎo)致運(yùn)行緩慢

什么是棧展開(kāi)？

每當(dāng)拋出異常時(shí)，在棧上開(kāi)始分配資源和調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)的過(guò)程，這稱(chēng)為棧展開(kāi)。

class Resource {
public:
    Resource() {
        std::cout << "Resource acquired\n";
    }

    ~Resource() {
        std::cout << "Resource released\n";
    }
};

void foo() {
    Resource res; // Resource acquired
    throw std::runtime_error("Error in foo");
}

int main() {
    try {
        foo();
    } catch (const std::runtime_error& e) {
        std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

棧展開(kāi)是如何工作的？

• 調(diào)用foo()時(shí)，它獲取一個(gè)Resource對(duì)象。
• 然后拋出std::runtime_error異常。
• 作為結(jié)果，棧開(kāi)始展開(kāi)，并調(diào)用res的析構(gòu)函數(shù)來(lái)釋放Resource。
• 然后，在main()函數(shù)中捕獲異常。
• 這確保了即使在出現(xiàn)異常的情況下也能正確地清理資源。

棧展開(kāi)有運(yùn)行時(shí)開(kāi)銷(xiāo)，當(dāng)存在深度嵌套的函數(shù)調(diào)用或具有復(fù)雜析構(gòu)函數(shù)的對(duì)象時(shí)，將花費(fèi)時(shí)間來(lái)釋放對(duì)象。

2，Rust使用Result和Option類(lèi)型刪除了的棧展開(kāi)

Rust的Result和Option類(lèi)型用于錯(cuò)誤處理，通過(guò)模式匹配而不是異常來(lái)處理。

fn divide(a: i32, b: i32) -> Result {
    if b == 0 {
        return Err("Division by zero");
    }
    Ok(a / b)
}

fn main() {
    match divide(10, 0) {
        Ok(result) => println!("Result: {}", result),
        Err(e) => eprintln!("Error: {}", e),
    }
}

3，C++運(yùn)行時(shí)類(lèi)型信息(RTTI)增加了二進(jìn)制大小和運(yùn)行時(shí)開(kāi)銷(xiāo)

增加二進(jìn)制大小：

運(yùn)行時(shí)類(lèi)型信息(RTTI)，RTTI意味著在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行動(dòng)態(tài)類(lèi)型檢查和類(lèi)型轉(zhuǎn)換。當(dāng)啟用RTTI時(shí)，編譯器在二進(jìn)制文件中包含額外的元數(shù)據(jù)以支持動(dòng)態(tài)類(lèi)型信息。

這些元數(shù)據(jù)通常包括：類(lèi)型信息表(類(lèi)型描述符)、用于動(dòng)態(tài)調(diào)度等的虛函數(shù)表(vtable)。這些表增加了二進(jìn)制文件的大小，特別是對(duì)于具有大量多態(tài)類(lèi)的程序。

增加執(zhí)行時(shí)間：

動(dòng)態(tài)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換(dynamic_cast)，這包括運(yùn)行時(shí)類(lèi)型檢查，以確保轉(zhuǎn)換的正確性。這種類(lèi)型檢查增加了程序執(zhí)行時(shí)間的開(kāi)銷(xiāo)。

虛函數(shù)調(diào)用，C++語(yǔ)言中的動(dòng)態(tài)多態(tài)性適用于虛函數(shù)調(diào)用，這需要在運(yùn)行時(shí)查找適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)。與靜態(tài)調(diào)度相比，會(huì)產(chǎn)生額外的運(yùn)行時(shí)開(kāi)銷(xiāo)。

#include <iostream>
#include <typeinfo>

class Base {
public:
    virtual ~Base() {}
};

class Derived : public Base {};

int main() {
    Base* ptr = new Derived();
    Derived* derived = dynamic_cast(ptr);
    if (derived) {
        std::cout << "Dynamic cast successful\n";
    } else {
        std::cout << "Dynamic cast failed\n";
    }
    delete ptr;
    return 0;
}

4，Rust中沒(méi)有RTTI ???

Rust的類(lèi)型系統(tǒng)支持多態(tài)行為和動(dòng)態(tài)分派(基于trait和enum)，而不需要RTTI。Box啟用動(dòng)態(tài)分派，不需要運(yùn)行時(shí)類(lèi)型信息。

trait Printable {
    fn print(&self);
}

struct Base;
struct Derived;

impl Printable for Base {
    fn print(&self) {
        println!("Base");
    }
}

impl Printable for Derived {
    fn print(&self) {
        println!("Derived");
    }
}

fn main() {
    let base: Box = Box::new(Derived);
    base.print();
}

Rust的編譯器建立在LLVM上，將高級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為高效的機(jī)器碼。

Rust優(yōu)于C++的這兩個(gè)原因成立嗎？？？