Continue writing report
This commit is contained in:
Marko Korhonen
parent
47ce0fc149
commit
bc3fe77c93
3 changed files with 195 additions and 12 deletions
|
|
@ -1,7 +1,7 @@
|
|||
\chapter{Kielet}
|
||||
|
||||
\section{Rust}
|
||||
Rust\cite{rust:lang} on Mozillan 2010 julkaisema ohjelmointikieli. Se on hyvin suorituskykyinen järjestelmätason ohjelmointikieli, muistuttaen monilta osin C ja C++ kieliä. Rustin tarkoituksena on säilyttää näiden vanhojen kielien suorituskyky, mutta kuitenkin tarjoten samalla muun muassa vahvan tyypityksen ja taatun turvallisen rinnakaisajon. Lisäksi tyypilliset C-kielien muistinhallintaongelmat on pyritty ratkaisemaan käytännöillä, jotka ovat samalla tehokkaita mutta myös helppoja käyttää ohjelmoijalle.
|
||||
Rust\cite{rust:lang} on Mozillan 2010 julkaisema ohjelmointikieli. Se on hyvin suorituskykyinen järjestelmätason ohjelmointikieli, muistuttaen monilta osin C ja C++ kieliä. Rustin tarkoituksena on säilyttää näiden vanhojen kielien suorituskyky, mutta kuitenkin tarjota samalla muun muassa vahva tyypitys ja taattu turvallinen rinnakaisajo. Lisäksi tyypilliset C-kielien muistinhallintaongelmat on pyritty ratkaisemaan käytännöillä, jotka ovat samalla tehokkaita suorituskyvyn näkökulmasta, mutta myös helppoja käyttää ohjelmoijalle.
|
||||
|
||||
\subsection{Muistinhallinta}
|
||||
|
||||
|
|
@ -9,7 +9,7 @@ Monissa korkean tason ohjelmointikielissä, esimerkiksi JavaScriptissä, on auto
|
|||
|
||||
Automaattiselle roskienkeruulle on aikaisemmin ollut vaihtoehtona vain manuaalinen muistinhallinta, missä ohjelmoija varaa ja vapauttaa muistia tarpeen mukaan. Tämä on taas verratuna automaattiseen roskien keruuseen melko työlästä ja virheherkkää.
|
||||
|
||||
Rustin yhtenä pääominaisuutena on mainostettu sen uudenlaista näkökulmaa muistinhallintaan: omistajuutta\cite{rust:ownership}. Siinä jokaisella arvolla on omistaja, ja kun omistaja menee näkyvyysalueen ulkopuolelle, niin menevät myös sen omistamat arvotkin, eli ne vapautetaan muistista. Arvojen omistajuutta voi myös siirtää joko väliaikaisesti lainaamalla tai pysyvästi. Otetaan esimerkkinä seuraava yksinkertainen koodi:
|
||||
Rustin yhtenä pääominaisuutena on mainostettu sen uudenlaista näkökulmaa muistinhallintaan: omistajuutta\cite{rust:ownership}. Siinä jokaisella arvolla on omistaja, ja kun omistaja menee näkyvyysalueen ulkopuolelle, niin menevät myös sen omistamat arvotkin, eli ne vapautetaan muistista. Arvojen omistajuutta voi siirtää joko pysyvästi tai väliaikaisesti lainaamalla. Otetaan esimerkkinä seuraava yksinkertainen koodi:
|
||||
\clearpage
|
||||
|
||||
\begin{minted}{Rust}
|
||||
|
|
@ -40,20 +40,123 @@ fn main() {
|
|||
}
|
||||
\end{minted}
|
||||
|
||||
Tässä esimerkissä omistajuuden siirtäminen on korvattu lainauksella. Lainauksessa omistajuuden siirtäminen on väliaikainen ja omistajuus palautuu arvon lainanneelle funktiolle (tässä tapauksessa main) kun arvoa lainannut funktio poistuu näkyvyysalueelta. Arvon lainaaminen tehdään käyttämällä merkkiä ''\char`&''.
|
||||
Tässä esimerkissä omistajuuden siirtäminen on korvattu lainauksella. Lainauksessa arvon omistajuus säilyy nykyisellään ja lainaaja antaa itse arvon sijasta viitteen(eng. reference). Viite on osoitin, joka osoittaa samaan muistipaikkaan kuin missä alkuperäinen arvo on. Lainaaminen tehdään käyttämällä merkkiä ''\char`&''.
|
||||
|
||||
\clearpage
|
||||
|
||||
\subsection{Vahva tyypitys}
|
||||
Rust on vahvasti tyypitetty kieli, mikä tarkoittaa sitä, että kaikkien arvojen tyypit pitää olla tiedossa ohjelman kokoamisen aikana. Tähän sisältyy myös funktioiden parametrit ja paluuarvot. Usein Rustin kääntäjä osaa päätellä arvojen tyypit itse, varsinkin yksinkertaisissa tapauksissa:
|
||||
\begin{minted}{Rust}
|
||||
let name = "Marko"; // string slice
|
||||
let age = 26; // integer
|
||||
\end{minted}
|
||||
|
||||
Niissä tapauksissa joissa tyypille voi olla useita vaihtoehtoja, tai silloin jos arvon määrityksen yhteydessä tapahtuu konversio, ohjelmoijan tulee määrittää tyyppi. Tyypin voi määrittää näin:
|
||||
\begin{minted}{Rust}
|
||||
let name: &str = "Marko";
|
||||
let age: u8 = 26;
|
||||
\end{minted}
|
||||
|
||||
Valitsin arvolle ''age'' tyypin \code{u8}, koska se on pienin kokonaislukutyypeistä ja sen arvo voi olla välillä 0-255. Näin voi potentiaalisesti vähentää ohjelman muistin käyttöä. Lisäksi tyypeillä voi myös karkeasti rajata funktion parametrejen arvojen vaihteluväliä. Esimerkiksi jos on kirjoittamassa funktiota joka ottaa parametrina henkilön iän, \code{u8} on hyvä valinta koska ihmisen ikä ei voi olla negatiivinen ja ihmiset myös harvoin elävät yli 255 vuotta.
|
||||
|
||||
Edellä mainittu tyyppi \code{u8} on niin kutsuttu allekirjoittamaton kokonaisluku (eng. \textbf{u}nsigned). Allekirjoitetuissa kokonaisluvuissa (eng. signed) käytetään yksi bitti merkkaamaan sitä, onko luku positiivinen vai negatiivinen. Allekirjoittamattamattomissa luvuissa tätä ei tehdä, joten luku voi olla hieman isompi kuin allekirjoitettu luku, mutta se ei voi olla negatiivinen.
|
||||
|
||||
|
||||
\begin{table}[h!]
|
||||
\label{tab:table1}
|
||||
\begin{center}
|
||||
\begin{minipage}{2in}
|
||||
\begin{tabular}{|c|c|c|}
|
||||
\hline
|
||||
\multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Allekirjoittamaton}} \\
|
||||
\hline
|
||||
Tyyppi & Minimi & Maksimi \\
|
||||
\hline
|
||||
u8 & 0 & $2^{8}-1$\\
|
||||
u16 & 0 & $2^{16}-1$\\
|
||||
u32 & 0 & $2^{32}-1$\\
|
||||
u64 & 0 & $2^{64}-1$\\
|
||||
u128 & 0 & $2^{128}-1$\\
|
||||
\hline
|
||||
\end{tabular}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\begin{minipage}{2in}
|
||||
\begin{tabular}{|c|c|c|}
|
||||
\hline
|
||||
\multicolumn{3}{|c|}{\textbf{Allekirjoitettu}} \\
|
||||
\hline
|
||||
Tyyppi & Minimi & Maksimi \\
|
||||
\hline
|
||||
i8 & $-2^{7}$ & $2^{7}-1$\\
|
||||
i16 & $-2^{15}$ & $2^{15}-1$\\
|
||||
i32 & $-2^{31}$ & $2^{31}-1$\\
|
||||
i64 & $-2^{64}$ & $2^{63}-1$\\
|
||||
i128 & $-2^{127}$ & $2^{127}-1$\\
|
||||
\hline
|
||||
\end{tabular}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\end{center}
|
||||
\caption{\textit{Rustin kokonaislukutyypit ja niiden vaihteluvälit}}
|
||||
\end{table}
|
||||
|
||||
Toisin kuin C- ja C++ -kielissä, Rustissa on oletuksena allekirjoittamattomien kokonaislukujen ylivuoto pois päältä. Tämä tarkoittaa sitä, että jos 8-bittisen allekirjoittamattoman kokonaisluvun arvo on esimerkiksi 256, siitä tulee 0. Rustin kääntäjä siis ei anna tällaisen tapahtua vaan kääntämisen yhteydessä tulee virheviesti:
|
||||
|
||||
\begin{minted}{shell}
|
||||
error: literal out of range for `u8`
|
||||
--> types.rs:2:19
|
||||
|
|
||||
2 | let age: u8 = 256;
|
||||
| ^^^
|
||||
|
|
||||
= note: `#[deny(overflowing_literals)]` on by default
|
||||
|
||||
error: aborting due to previous error
|
||||
\end{minted}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Muuttumaton data}
|
||||
Rustissa kaikki arvot ovat oletuksena muuttumattomia (engl. immutable). Jos muuttumattoman datan sijasta tarvitsee muuttujia (engl. mutable), voi käyttää avainsanaa ''mut'', esimerkiksi \code{let mut name = "Marko"}. Myös lainaukset suoritetaan oletuksena muuttumattomasti ja muuttuvan lainauksen voi tehdä samalla avainsanalla, esimerkiksi \code{say\char`_hello(\char`&mut name)}.
|
||||
Rustissa kaikki arvot ovat oletuksena muuttumattomia (engl.\ immutable). Jos muuttumattoman datan sijasta tarvitsee muuttujia (engl. mutable), voi käyttää avainsanaa ''mut'', esimerkiksi \code{let mut name = "Marko"}. Myös lainaukset suoritetaan oletuksena muuttumattomasti ja muutettavan lainauksen voi tehdä samalla avainsanalla, esimerkiksi \code{say\char`_hello(\char`&mut name)}.
|
||||
|
||||
Yleinen konsensus ohjelmoinnin maailmassa on se, että kaikki arvot mitä ei tarvitse muuttaa pitäisi nimenomaan määrittää muuttumattomana. Tämä on tuttua kaikille, jotka ovat tutustuneet funktionaalisiin ohjelmointikieliin. Muuttumaton data on myös todella tärkeää rinnakkaisajossa, missä useampi prosessi suorittaa samoja funktioita ja käsittelee samoja arvoja samaan aikaan.
|
||||
|
||||
\subsection{Luotettavuus}
|
||||
Rustia kehitettäessä on aina ollut tavoitteena luotettavuus. Tämä tarkoittaa sitä, että ohjelman virheet huomataan jo koontivaiheessa, eikä vasta suorituksen aikana ohjelman tietyssä tilassa. Tämän mahdollistavat edellä mainitut omistajuusmalli ja vahva tyypitys. Omistajuusmalli varmistaa sen, että ohjelmoija joutuu koodia kirjoittaessaan miettimään arvojen eliniän, joka tekee muistivuodoista harvinaisia. Vahva tyypitys varmistaa taas sen, että data on kaikkialla ohjelmassa yhteensopivaa.
|
||||
|
||||
Myös Rustin kokoojaan on panostettu paljon, ja virheiden sattuessa se on todella hyvä työkalu ohjelmoijalle. Se alleviivaa ongelmakohdat ja selittää lyhyesti mistä ongelma johtuu. Jossain tapauksissa kokooja jopa antaa pieniä koodin pätkiä mistä voi olla apua ongelman ratkaisemisessa.
|
||||
Myös Rustin kääntäjään on panostettu paljon, ja virheiden sattuessa se on todella hyvä työkalu ohjelmoijalle. Se alleviivaa ongelmakohdat ja selittää lyhyesti mistä ongelma johtuu. Jossain tapauksissa kääntäjä jopa antaa pieniä koodin pätkiä mistä voi olla apua ongelman ratkaisemisessa.
|
||||
|
||||
\subsection{Paketinhallinta}
|
||||
Rustin paketinhallinta on toteutettu Cargo-nimisellä ohjelmalla. Sitä voi käyttää koko ohjelmiston elinkaaren ajan aina projektin luomisesta sen julkaisemiseen. Cargon käsittelemiä paketteja kutsutaan laatikoiksi (eng. crate), jotka julkaistaan crates.io\cite{rust:cratesio} pakettirekisterissä. Laatikot voivat myös olla riippuvaisia toisista laatikoista.
|
||||
|
||||
Laatikon tiedot ja riippuvuudet määritetään \code{Cargo.toml} tiedostossa. Tässä esimerkki tämän opinnäytetyön yhteydessä tehdyn projektin palvelinpuolen \code{Cargo.toml}:
|
||||
|
||||
\begin{minted}{TOML}
|
||||
[package]
|
||||
name = "thesis-backend"
|
||||
version = "0.1.0"
|
||||
authors = ["Marko Korhonen <marko.korhonen@reekynet.com>"]
|
||||
edition = "2018"
|
||||
|
||||
# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html
|
||||
|
||||
[dependencies]
|
||||
actix-web = "2.0.0"
|
||||
actix-rt = "1.0.0"
|
||||
serde = { version = "1.0.104", features = ["derive"] }
|
||||
diesel = { version = "1.4.3", features = ["mysql", "r2d2", "chrono"] }
|
||||
dotenv = "0.15.0"
|
||||
bcrypt = "0.6.2"
|
||||
env_logger = "0.7.1"
|
||||
r2d2 = "0.8.8"
|
||||
crypto = "0.0.2"
|
||||
jsonwebtoken = "7.1.0"
|
||||
chrono = { version = "0.4.11", features = ["serde"] }
|
||||
actix-cors = "0.2.0"
|
||||
actix-identity = "0.2.1"
|
||||
futures = "0.3.4"
|
||||
actix-files = "0.2.1"
|
||||
\end{minted}
|
||||
|
||||
Cargoon on saatavilla myös useita liitännäisiä, esimerkiksi \code{cargo-watch}, joka suorittaa halutun toiminnon aina kun projektin sisällä tapahtuu muutoksia ja tässäkin projektissa käytetty \code{cargo-web}, joka helpottaa WebAssembly-ohjelmien kehittämistä.
|
||||
|
||||
\subsection{Dokumentaatio ja yhteisö}
|
||||
Rust on tunnettu todella laajasta dokumentaatiostaan ja vahvasta yhteisöstään. Molemmista on paljon apua varsinkin aloittejioille.
|
||||
|
|
@ -63,4 +166,4 @@ Aloitin itsekin opiskelemaan Rustia vain hieman ennen tämän opinnäytetyön al
|
|||
\section{WebAssembly}
|
||||
WebAssembly on kehitteillä oleva asiakaspuolen ohjelmointikieli. Sitä on suunniteltu JavaScriptin seuraajaksi ja sen suurinpana etuna JavaScriptiin verrattuna on huomattavasti matalemman tason esitysmuoto, minkä ansiosta se on suorituskykyisempi.
|
||||
|
||||
Kehittäjän ei ole tarkoitus kirjoittaa WebAssemblya suoraan, vaan käyttää työkaluja, joilla olemassa olevia ohjelmointikieliä voi koota WebAssemblyksi. Rust on tästä hyvä esimerkki, sillä WebAssembly on yksi sen kokoojan natiiveista "targeteista", samalla tavalla kuin vaikka x86-prosessorit.
|
||||
Kehittäjän ei ole tarkoitus kirjoittaa WebAssemblya suoraan, vaan käyttää työkaluja, joilla olemassa olevia ohjelmointikieliä voi koota WebAssemblyksi. Rust on tästä hyvä esimerkki, sillä WebAssembly on yksi sen kääntäjän natiiveista ''targeteista'', samalla tavalla kuin vaikka x86-prosessorit.
|
||||
|
|
|
|||
Loading…
Add table
Add a link
Reference in a new issue