Rust vs. Zig:究竟谁更胜一筹?性能、安全性等全面对决!

开发 前端
Rust和Zig,这两种语言都旨在编写高效、性能优异的代码,然而它们在实现这一目标时采用了不同的方式。值得注意的是,Rust和Zig根植于截然不同的理念,这可能影响开发者选择时的取舍。为了更深入地了解它们在相互比较中的表现,我们将进一步探讨它们各自的特点。

1、什么是Rust?

Rust是一种以效率、性能和内存安全著称的通用型编程语言。它引入了一种新的编程方式,使开发者仍然能够使用面向对象以及函数式编程。

使用Rust进行编码需要一种不同往常的思维方式,这部分主要围绕着语言规则中的所有权和借用展开。

虽然这种思维方式能够让开发者更容易编写出安全高效的代码,但与C和C++等语言相比,特别是对于新手来说,充满挑战性。

Rust消除了C和C++跨平台的限制,允许将代码编译为目标系统运行的可执行文件。这意味着可以在不做重大修改的情况下将代码编译为多系统版本。

让我们看一个Rust版的Hello world:

fn main() {
    let text: &str = "World";
    println!("Hello, {}!", text);
}

类似于其他编译型编程语言,在Rust中,每个可执行程序同样也都从main函数开始。如果运行上述示例,将在你的终端上输出“Hello, World!”。

Rust优势与短板

在Rust中,一些特性对开发者是有益的,而另一些则让开发变得更具挑战性。在这一章节,我们将分别介绍一下Rust的优势与劣势。

Rust的一些优势包括以下几点:

  • 并发和并行:Rust内置对并行编程的支持,以及安全高效的多线程特性
  • 性能:由于Rust代码不需要运行时,同时它不需要额外的垃圾回收器功耗,从而可以使用更少的资源并提高性能,
  • 内存安全且无垃圾回收:由于所有权和借用等规则,Rust在没有垃圾回收器的情况下管理内存,从而实现更高效和可预测的性能
  • 跨平台兼容性:Rust支持跨平台开发,意味着可以在多个系统上编译代码而不需要太多的修改代码
  • 强大的生态系统:Rust拥有强大的工具和库生态系统。它的包管理器Cargo显著简化了依赖管理和与外部库集成的难度

Rust的一些劣势包括以下几点:

  • 学习曲线:Rust的语法对新开发者可能有些棘手。其语法融合了函数式和系统编程,受所有权和借用规则的影响很大。此外,新开发者还必须学习所有权系统、生命周期和借用规则等概念,需要付出一定的努力 ,下图是流传甚广的一张学习曲线图(来源于极客邦)

图片图片

  • 编译耗时:Rust的安全需求导致较长的编译时间。Rust会彻底检查你的代码以防止运行时可能出现的问题,这意味着它的编译时间会比大多数语言更长
  • 有限的资源:尽管Cargo是一个有用的包管理器,提供了许多可用的工具和库,但从整体来看,Rust的生态系统相较大多数语言来说都不够成熟。在一些专业领域,Rust的资源可能较少,迫使开发者更多地从零开始编写代码
  • 繁琐的开发过程:由于强调安全和准确性,使用严格的规则和明确性,开发者通常在Rust中需要编写更多的代码,虽然可能会有高质量的输出,但往往会使开发过程变得更长,对小项目影响显著
  • 互操作性:将Rust代码整合到其他语言编写的代码中可能有些困难。

虽然Rust有其劣势,但它仍然是开发者的热门选择。在2023年Stack Overflow开发者调查中,Rust荣获最受喜爱的语言的桂冠,超过80%的受访者表示明年仍然想要使用它。

Rust常见使用场景

既然你已经了解了Rust的功能,让我们看看它已经在哪些场景落地了。

  • 在系统编程中,Rust对于构建操作系统、数据库系统、设备驱动程序和嵌入式系统等场景非常有用。
  • 前后端Web开发者也使用Rust,与像Rocket或Actix这样的流行框架一起进行后端开发,以及使用WebAssembly或Tauri进行前端开发。

Rust还被用于网络服务,如网络协议、代理、负载均衡器、VPN软件等。

一些Rust的更专业用例包括:

  • 游戏开发,使用像Amethyst和Bevy这样的游戏引擎
  • 在区块链和加密货币领域,用于开发智能合约和项目中的区块链网络,如Solana 在物联网(IoT)中,用于编程微控制器和传感器等设备

2、什么是Zig?

虽然Zig更类似于传统的编程语言,如C和C++,但它像Rust一样注重内存安全和效率。然而,与Rust不同的是,Zig与现有的C和C++代码整合良好,无需像FFI这样的外部机制来简化互操作性。

与Rust、C和C++一样,Zig不使用垃圾收集器。为了实现类似Rust的内存安全性,Zig提供了促进内存安全的机制,例如:

  • 严格的编译时检查
  • 用于处理潜在空值的可选类型
  • 带有Error类型的明确错误处理
  • 内置分配器的增强内存分配

这些机制不会像Rust中那样严重影响编码习惯。让我们看一个Zig中的Hello world例子:

const std = @import("std");


pub fn main() void {
  std.debug.print("Hello, world", .{});
}

对开发者来说,许多编程语言背后都有一种理念和设计哲学。例如,Rust注重内存安全性、效率、无垃圾收集和性能。那么Zig呢?它的哲学包括:

  • 与C和C++代码轻松整合
  • 生成不依赖系统依赖项的独立二进制文件
  • 轻松的跨平台开发
  • 快速的编译时间

接下来,我们将看一看Zig的优势和劣势,之后再看它的用例。

Zig优势与短板

与我们在Rust中所做的一样,让我们从优势开始,然后再看劣势。

Zig为开发者提供的一些优势包括:

  • 控制和低级能力:Zig非常适合系统编程和需要直接管理系统资源的情场景
  • 安全功能:内置分配器等功能使开发者能够轻松防止错误,提高代码可靠性,并减少错误和漏洞
  • 性能优化:Zig是一个为高效执行和性能调优而优化代码的工具。它提供手动内存管理、编译时检查以及直接访问CPU指令的功能,以实现更高性能的应用程序
  • 简单和可读性:Zig具有与C类似的简单语法和语言设计。这使得阅读、编写和维护代码变得简单
  • 最小的外部依赖:Zig最小化了构建和运行程序所需的外部依赖,简化了开发,增强了可移植性,并减轻了跨平台依赖管理的负担
  • 元编程能力:Zig的编译时元编程通过减少样板代码的需求和启用代码优化来提高代码的灵活性和生产力

Zig的一些劣势包括:

  • 有限的生态系统:因为它仍处于早期阶段,Zig语言的生态系统比成熟语言更小
  • 学习曲线:对于不熟悉低级编程概念的开发者来说,理解Zig可能需要一些时间 (相较Rust来说,所需的时间很短)
  • 成熟度和工具:Zig是一种新语言,还有改进的空间。但请注意,仍然有一个强大而活跃的社区支持它
  • 互操作性挑战:Zig提供了用于兼容性的C接口,但与其他语言集成可能需要额外的工作,比如管理数据转换和语言之间的通信
  • 文档可用性:Zig是一种相对较新的语言,因此文档有限,社区正在努力提高文档的可用性

Zig常见使用场景

让我们深入一些Zig的实际用例,看看它在实际场景中是如何落地的!

开发者可以在系统编程中使用Zig来构建操作系统、设备驱动程序和嵌入式系统。其还在命令行工具中也有很多应用场景,可用于创建高效和快速的命令行界面,构建系统脚本,或优化现有工具的性能。

在编译器和语言开发中,Zig以其元编程能力和对简易性的追求而闻名。比较著名的开源项目是Bun,其是一个使用Zig开发的JavaScript运行时。

与Rust一样,Zig也有一些更为专业的使用场景:

  • 游戏开发,因支持高性能游戏引擎、能够实时模拟
  • 在嵌入式系统和物联网中,用于编程微控制器、传感器和其他资源受限设备
  • 在密码应用中,用于实现加密算法、数字签名、安全通信协议和其他安全敏感组件

3、Rust vs. Zig

前面我们已经分别看过Rust和Zig,现在是时候将它们放在一起进行比较了。比较不同的编程语言总是很有趣,特别是当它们有着相似的目标时。

让我们从它们的共同之处开始:

  • 内存安全性:Rust和Zig都优先考虑内存安全性,并通过严格的编译器检查、静态类型和适用于每种语言的特殊规则来防止常见的编程错误。
  • 低级控制:两者都提供对系统资源更多的控制,使它们非常适合低级任务和系统编程。
  • 性能优化:这两种编程语言都以高度优化的代码而闻名,具有手动内存管理、直接CPU访问和编译时评估的特性。
  • 社区和可用性:Rust和Zig都是开源项目,拥有积极的社区、文档和工具支持。
  • 无未定义行为:这两种编程语言都有严格的编译器检查和其他功能,可以防止未定义的行为。通过在编译时捕获问题,提高了程序的稳定性和安全性。

与此同时,您可以使用下面的比较了解Rust和Zig之间的差异:

图片图片

除了它们的相似之处和差异之外,我们还可以通过性能、流行度以及它们的程序员薪酬来比较Rust和Zig。让我们更仔细地看一看。

Rust vs. Zig: 性能

客观来看,在Rust和Zig之间,并没有绝对性能更好的语言。Rust在特定应用中可能会胜过Zig,而Zig在其他方面可能会超越Rust。

让我们通过从编程语言和编译器基准测试中进行比较,仔细研究每种语言的性能:

图片图片

这个基准测试项目包含用多种编程语言编写,并同时运行的程序。以表格形式呈现它们的运行结果,可以看到每种编程语言在任务中的表现到底如何。

在上面的图片中,我们使用Rust和Zig编写的mandelbrot和nbody程序,从性能由好到差进行排列。

你会注意到在某些情况下,Zig的性能优于Rust,而在其他情况下,Rust的性能优于Zig。两者都是高性能的语言,因此在项目中选择任一选项都应该能够满足你的需求。

Rust vs. Zig:流行度

在选择要学习的编程语言时,流行度可能是一个重要因素。选择一种流行的语言不仅增加了你找到资源和支持的机会,还意味着你更有可能找到合作的开发者。

StackOverflow最新的开发者调查提供了一些有趣的观察视角。正如前面提到的,Rust是今年最受钦佩的语言,有84.66%的受访者表示他们明年想再次使用它,而Zig只有71.33%。

Rust在受欢迎语言列表中排名第14位,而Zig在总共列出的51种语言中排名第41位。

可能是因为它仍处于早期阶段,因此Zig在这两种情况下才获得较低的流行度。无论如何,考虑你选择工作的语言的流行度是至关重要的。

Rust vs. Zig:薪酬

StackOverflow的开发者调查还包含了受访者报告的最高薪酬的信息。如果你对进入软件开发市场感兴趣,这张图表可能对你很有帮助。

有趣的是,尽管Zig是一个新的选择,但实际上是今年最高薪酬的语言,而Rust在列表中排名第14位。如果你出于专业原因想要学习Rust或Zig,这些信息可能会有所帮助:

图片图片

尽管这张图表非常有帮助,但它只提供了局部的一些信息。当确定一个开发者的薪酬时,还有其他因素需要考虑,比如他们的经验水平和他们所在公司。

关于Rust和Zig,很难说哪一个是明显的赢家。每种语言都有其优点和缺点。在深入使用任何一种语言之前,进行研究是至关重要的。这就是为什么我希望这篇文章能帮助你找到正确的选择。

参考文献:

1.https://blog.logrocket.com/comparing-rust-vs-zig-performance-safety-more/

本文转载自微信公众号「 DCOS」,作者「DCOS」,可以通过以下二维码关注。

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责任编辑:武晓燕 来源: DCOS
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