\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.

\subsection{Muistinhallinta}

Monissa korkean tason ohjelmointikielissä, esimerkiksi JavaScriptissä, on automaattinen roskienkeräys\cite{wiki:garbagecollection} (engl. garbage collector). Se on prosessi, joka siivoaa muistista käyttämättömiä tietoja ja näin ollen vapauttaa muistia. Automaattisen roskienkeräyksen ongelma on, että se itsessään käyttää järjestelmän resursseja, ja roskienkeruu on hidasta.

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:
\clearpage

\begin{minted}{Rust}
fn say_hello(name: String) {
    println!("Hello {}!", name);
}

fn main() {
    let name = String::from("Marko");
    say_hello(name);

    println!("{}", name);
}
\end{minted}

Rivillä 9 tapahtuva ''name'' -arvon tulostus ei toimi, koska arvon omistajuus on siirretty funktiolle ''say\char`_hello''. Funktion suorittamisen jälkeen se poistuu näkyvyysalueelta ja kaikki sen omistamat arvot vapautetaan muistista. Näin ollen arvoa ''name'' ei ole enää olemassa kun sitä yritetään käyttää rivillä 9. Koodi saadaan toimimaan pienellä muutoksella:

\begin{minted}{Rust}
fn say_hello(name: &String) {
    println!("Hello {}!", name);
}

fn main() {
    let name = String::from("Marko");
    say_hello(&name);

    println!("{}", name);
}
\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`&''.

\subsection{Vahva tyypitys}


\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)}.

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.

\subsection{Dokumentaatio ja yhteisö}
Rust on tunnettu todella laajasta dokumentaatiostaan ja vahvasta yhteisöstään. Molemmista on paljon apua varsinkin aloittejioille.

Aloitin itsekin opiskelemaan Rustia vain hieman ennen tämän opinnäytetyön alkua ja vahvasta yhteisöstä oli monesti apua.

\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.
