Rust Learn

Структурированная программа обучения Rust, сформулированная DeepSeek, которая фокусируется исключительно на языке и его концепциях, начиная с основ и заканчивая продвинутыми темами. Программа разделена на модули с ключевыми темами и практическими задачами.

Программа обучения

Программа обучения языку Rust

Цель: Освоить синтаксис, идиомы и уникальные возможности Rust (владение, заимствование, времени жизни) для написания безопасного и эффективного системного кода.

---

Модуль 1: Основы синтаксиса и управление потоком

Цель: Понять базовый синтаксис и структуры управления.

• Темы:

  1. Hello World: Структура main(), макрос println!.
  2. Переменные и константы: Ключевое слово let, мутабельность (mut), константы (const).
  3. Примитивные типы данных: Целочисленные, числа с плавающей точкой, логический тип, символы (char).
  4. Составные типы данных: Кортежи (tuple), массивы (array), срезы (slice).
  5. Управление потоком:
     • Условия: if, if let, else if, match.
     • Циклы: loop, while, for (итерация по коллекциям и диапазонам).
  6. Функции: Объявление, параметры, возвращаемые значения (явный return или выражение без ;). Модули и область видимости (pub).

• Практические задачи:

  • Конвертер температур (Цельсий ↔ Фаренгейт).
  • Генератор n-го числа последовательности Фибоначчи.
  • Вывод текста рождественской песни "The Twelve Days of Christmas" с использованием циклов и массивов данных.

---

Модуль 2: Владение (Ownership) — Сердце Rust

Цель: Полностью понять систему владения, которая обеспечивает безопасность памяти без сборщика мусора.

• Темы:

  1. Правила владения: Основные три правила.
  2. Перемещение (Move): Семантика перемещения для типов, не реализующих Copy (например, String, Vec).
  3. Клонирование (Clone): Явное создание глубоких копий.
  4. Типы-копии (Copy): Семантика копирования для простых типов, хранящихся в стеке (i32, bool и т.д.).
  5. Владение и функции: Передача владения в функцию и возврат из функции.

• Практические задачи:

  • Написать несколько небольших функций, которые передают String и i32, чтобы пронаблюдать разницу в поведении (Move vs Copy).
  • Создать функцию, которая принимает вектор, выводит его элементы и возвращает владение обратно в main.

---

Модуль 3: Заимствование (Borrowing) и Ссылки

Цель: Научиться работать с данными, не принимая владение, используя ссылки.

• Темы:

  1. Неизменяемые ссылки (&T): Чтение данных без их изменения. Правило: множество неизменяемых ссылок одновременно.
  2. Изменяемые ссылки (&mut T): Изменение заимствованных данных. Правило: только одна изменяемая ссылка в области видимости и никаких неизменяемых одновременно.
  3. "Висячие" ссылки (Dangling References): Что это и как компилятор Rust их предотвращает.
  4. Срезы (&[T], &str): Представление части коллекции или строки.

• Практические задачи:

  • Написать функцию, которая находит первое слово в строке и возвращает срез к нему.
  • Реализовать функцию, которая принимает изменяемую ссылку на вектор целых чисел и увеличивает каждый элемент на 1.

---

Модуль 4: Времени жизни (Lifetimes)

Цель: Понять аннотации времени жизни для явного описания связей между временами жизни ссылок.

• Темы:

  1. Концепция времени жизни: Область видимости, в которой ссылка действительна.
  2. Выведение времени жизни: Как компилятор в большинстве случаев выводит их сам.
  3. Аннотации времени жизни ('a): Синтаксис и необходимость их использования в структурах и функциях, возвращающих ссылки.
  4. Три правила элизии времени жизни.
  5. Статическое время жизни ('static).

• Практические задачи:

  • Написать функцию longest, которая принимает два строковых среза и возвращает срез наиболее длинной строки. Потребует явной аннотации времени жизни.
  • Создать структуру Excerpt, которая хранит срез строки.

---

Модуль 5: Структуры (Structs), Перечисления (Enums) и Сопоставление (Matching)

Цель: Моделировать данные с помощью структур и перечислений.

• Темы:

  1. Структуры: Определение, создание экземпляров, поля, методы (блок impl), ассоциированные функции (например, конструкторы).
  2. Синтаксис обновления структур (..).
  3. Перечисления (Enums): Определение вариантов, данные внутри вариантов (как Option<T> и Result<T, E>).
  4. Конструкция match: Исчерпывающее сопоставление, привязка значений.
  5. Поток управления if let: Для упрощенного сопоставления с одним образцом.

• Практические задачи:

  • Определить структуру Rectangle с методами area и can_hold.
  • Реализовать простой калькулятор, использующий enum для операций и match для вычислений.
  • Моделирование состояния веб-приложения (например, enum State { Loading, Loaded(String), Error }).

---

Модуль 6: Обработка ошибок

Цель: Эффективно обрабатывать ошибки в Rust, используя Result и Option.

• Темы:

  1. panic! макрос: Неустранимые ошибки.
  2. Тип Result<T, E>: Устранимая ошибка. Обработка через match, unwrap, expect, ? оператор (распространение ошибок).
  3. Тип Option<T>: Представление наличия или отсутствия значения. Методы unwrap_or, map, and_then.
  4. Создание пользовательских типов ошибок.

• Практические задачи:

  • Написать функцию для чтения числа из файла (симулировать) и возвращать Result<i32, ParseIntError>.
  • Реализовать цепочку вызовов функций, возвращающих Result, с использованием оператора ?.

---

Модуль 7: Обобщенные типы (Generics) и типажи (Traits)

Цель: Писать повторно используемый полиморфный код.

• Темы:

  1. Обобщенные функции и структуры: Синтаксис <T>.
  2. Типажи (Traits): Определение поведения (аналоги интерфейсов). Блок impl Trait for Type.
  3. Наследование типажей.
  4. Типажи как параметры: fn func(item: &impl Trait) и форма fn func<T: Trait>(item: &T).
  5. where оговорки для улучшения читаемости.
  6. Возврат типов, реализующих типаж (-> impl Trait).

• Практические задачи:

  • Создать обобщенную функцию largest, которая работает для любого типа, реализующего типажи PartialOrd и Copy.
  • Определить типаж Summarizable для структур NewsArticle и Tweet.

---

Модуль 8: Стандартная библиотека (Stdlib) - Коллекции

Цель: Работать с основными структурами данных.

• Темы:

  1. Vec<T>: Динамический массив, основные методы (push, pop, iter).
  2. String vs &str: Мutable vs immutable строки, основные операции.
  3. HashMap<K, V>: Ассоциативный массив, вставка, получение, обновление.
  4. Итераторы и адаптеры итераторов: iter(), into_iter(), iter_mut(), map, filter, collect().

• Практические задачи:

  • Подсчет частоты слов в тексте с использованием HashMap.
  • Преобразование списка чисел в вектор, увеличение каждого числа и фильтрация четных с помощью цепочки итераторов.

---

Модуль 9: Тестирование

Цель: Писать модульные и интеграционные тесты.

• Темы:

  1. Модульные тесты: Атрибут #[test], макрос assert!, assert_eq!, assert_ne!.
  2. Организация тестов: Модуль tests с #[cfg(test)].
  3. Тестирование паник: #[should_panic].
  4. Интеграционные тесты: Директория tests/ на верхнем уровне.

• Практические задачи:

  • Написать модульные тесты для функции add_two и структуры Rectangle из предыдущих модулей.
  • Создать простой интеграционный тест.

---

Модуль 10: Продвинутые темы (обзор и введение)

Цель: Познакомиться с мощными возможностями Rust для углубленного изучения.

• Темы:

  1. Умные указатели: Box<T> (для рекурсивных структур), Rc<T> (подсчет ссылок), RefCell<T> (внутренняя изменяемость).
  2. Многопоточность (Concurrency): thread::spawn, каналы (mpsc), разделяемое состояние с Mutex<T> и Arc<T>.
  3. Замыкания (Closures): Синтаксис, захват переменных из окружения, типажи Fn, FnMut, FnOnce.
  4. Макросы (macro_rules!): Объявление макросов и их использование.

• Практические задачи (опционально, более сложные):

  • Реализовать простой связанный список с помощью Box.
  • Создать многопоточный сканер портов (учебный пример) или вычислитель с использованием пула потоков.
  • Написать простой макрос для удобного логирования.

---

Финальный проект

Задача: Объединить полученные знания в одном проекте. Примеры идей:

• CLI утилита: Аналог grep (поиск по файлам), простой калькулятор выражений.
• Мини-веб-сервер: С использованием крейта actix-web или rocket (потребует изучения основ асинхронности и работы с крейтами).
• Эмулятор CHIP-8: Отличный проект для понимания работы с памятью и битовыми операциями.
• Парсер Markdown или JSON: Работа с текстом и рекурсивными структурами данных.

Рекомендуемые ресурсы (для изучения теории)

• Официальная книга "The Rust Programming Language" ("Книга"): doc.rust-lang.org/book/
• Rust by Example: doc.rust-lang.org/rust-by-example/ (интерактивные примеры)
• Упражнения: rustlings (маленькие интерактивные задания для отработки синтаксиса).

Примечание: Эта программа предполагает, что у вас уже настроена среда (компилятор rustc, менеджер пакетов cargo и, возможно, IDE/редактор). Весь код можно писать в файлах .rs и запускать через cargo new, cargo build, cargo run.