Rust优于C++的两个原因？

409次阅读 | 发布于7月以前

尽管学习曲线陡峭，Rust已经证明了自己是一门值得掌握的语言。今天，让我们深入研究一下Rust优于C++语言的原因。

原因1：积极的编译器优化

Rust的编译器(LLVM)比C++编译器更积极地优化代码，这是因为所有权规则，LLVM可以做出假设。
LLVM在内联函数方面更加积极，特别是对于小函数。内联避免了函数调用开销并使其快速。

例如，下面的函数可能会或可能不会被C++编译器内联，但LLVM肯定会内联它。

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：较低的运行时开销

1，C++栈展开导致运行缓慢

什么是栈展开？

每当抛出异常时，在栈上开始分配资源和调用对象的析构函数的过程，这称为栈展开。

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;
}

栈展开是如何工作的？

调用foo()时，它获取一个Resource对象。
然后抛出std::runtime_error异常。
作为结果，栈开始展开，并调用res的析构函数来释放Resource。
然后，在main()函数中捕获异常。
这确保了即使在出现异常的情况下也能正确地清理资源。

栈展开有运行时开销，当存在深度嵌套的函数调用或具有复杂析构函数的对象时，将花费时间来释放对象。

2，Rust使用Result和Option类型删除了的栈展开

Rust的Result和Option类型用于错误处理，通过模式匹配而不是异常来处理。

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++运行时类型信息(RTTI)增加了二进制大小和运行时开销

增加二进制大小：

运行时类型信息(RTTI)，RTTI意味着在运行时执行动态类型检查和类型转换。当启用RTTI时，编译器在二进制文件中包含额外的元数据以支持动态类型信息。

这些元数据通常包括：类型信息表(类型描述符)、用于动态调度等的虚函数表(vtable)。这些表增加了二进制文件的大小，特别是对于具有大量多态类的程序。

增加执行时间：

动态强制转换(dynamic_cast)，这包括运行时类型检查，以确保转换的正确性。这种类型检查增加了程序执行时间的开销。

虚函数调用，C++语言中的动态多态性适用于虚函数调用，这需要在运行时查找适当的函数。与静态调度相比，会产生额外的运行时开销。

#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中没有RTTI ???

Rust的类型系统支持多态行为和动态分派(基于trait和enum)，而不需要RTTI。Box启用动态分派，不需要运行时类型信息。

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();
}