解读 Rust 1.50 稳定版

作者：张汉东 / 后期编辑：张汉东

2021 年 2 月 11 号，Rust 1.50 稳定版发布。1.50 版更新包括：

语言级特性
编译器
标准库
稳定的 API
Cargo 相关
其他
兼容性提示

以下挑一些重点讲解。

语言级特性

常量泛型 `[CONST; N]` 进一步得到完善：

常量泛型数组实现了 ops::Index 和 ops::IndexMut。
值重复的常量数组[x; N]现在支持常量值作为 x ，无论 x 是否实现 Copy。

Rust 有一种内置数组类型[T; LEN]，但是这个 LEN一直无法支持泛型，所以这类数组就沦为了二等公民。比如 [0,0,0]和[0,0,0,0]不是同一个类型。所谓一等公民应该是不管数组长度如何，至少可以用同一个类型表示。为了提升这个数组类型，就引入了常量泛型的支持。[CONST; N] 是从 1.38 版本开始筹划，在 Rust 1.38~1.46 版本内，引入了一个std::array::LengthAtMost32来限制默认[T; LEN]的长度不能超过 32 。到 Rust 1.47 版本，首次在内部引入了 [CONST; N] 的支持。

直到 Rust 1.50 版本，进一步对[CONST; N] 功能进行了完善。

对常量泛型数组实现了 ops::Index 和 ops::IndexMut：

fn second<C>(container: &C) -> &C::Output
where
    C: std::ops::Index<usize> + ?Sized,
{
    &container[1]
}

fn main() {
    let array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
    assert_eq!(second(&array[..]), &2); // 之前必须转成切片才可以
    assert_eq!(second(&array), &2); // 现在直接传引用就可以了
}

值重复的常量数组[x; N]现在支持常量值作为 x ：

fn main() {
    // 这行代码是不允许的，因为`Option<Vec<i32>>` 没有实现 `Copy`。
    let array: [Option<Vec<i32>>; 10] = [None; 10];

  	// 但是，现在改成 `const` 定义就可以了
    const NONE: Option<Vec<i32>> = None;
    const EMPTY: Option<Vec<i32>> = Some(Vec::new());

    // 虽然没有实现`Copy`，但是现在可以重复`const`的值了。
    let nones = [NONE; 10];
    let empties = [EMPTY; 10];
}

这样写起来可能比较麻烦，但是在随后 RFC 2920: inline const 功能稳定后，就可以写成下面这种形式了：

fn main() {
    // 这行代码是不允许的，因为`Option<Vec<i32>>` 没有实现 `Copy`。
    let array: [Option<Vec<i32>>; 10] = [None; 10];

    // 虽然没有实现`Copy`，但是现在可以重复`const`的值了。
    let nones : [Option<Vec<i32>>; 10] = [const {None}; 10];
    let empties : [Option<Vec<i32>>; 10]  = [const {Some(Vec::new())}; 10];
}

其实可以 Rust 本可以做到下面这种形式：

fn main() {
    // 这行代码是不允许的，因为`Option<Vec<i32>>` 没有实现 `Copy`。
    let array: [Option<Vec<i32>>; 10] = [None; 10];

    // 虽然没有实现`Copy`，但是现在可以重复`const`的值了。
    let nones : [Option<Vec<i32>>; 10] = [None; 10];
    let empties : [Option<Vec<i32>>; 10]  = [Some(Vec::new()); 10];
}

上面None和Some(Vec::new())可以自动被编译器提升为常量，但这样可能为用户带来困扰，对于一些不能被自动提升为常量的类型，还需要用户去学习一大堆常量提升规则，并且使用 const fn等功能来定义常量。倒不如显示地加一个 const 块表达式来直接标注更好。

另外，关于#![feature(min_const_generics)]将在 Rust 1.51 中稳定，预计 2021-03-25。

将共用体(`union`)中 `ManualDrop`类型字段的分配视为安全

// Rust 1.49 新增特性，允许 union 中使用 ManuallyDrop
use core::mem::ManuallyDrop;

union MyUnion {
    f1: u32,
    f2: ManuallyDrop<String>,
}

fn main() {
    let mut u = MyUnion { f1: 1 };

    // These do not require `unsafe`.
    u.f1 = 2;
    u.f2 = ManuallyDrop::new(String::from("example"));
}

在Union 类型中 Copy或ManuallyDrop的字段不会调用析构函数，所以不必加 unsafe块。

进一步，当 Drop 一个 Union 类型的时候，需要手工去实现 Drop。因为共用体本身的特性，它不会知道该 drop 哪个字段才是安全的，所以才需要字段都是 Copy 或 ManuallyDrop的。

#![feature(untagged_unions)]
use std::mem::ManuallyDrop;
use std::cell::RefCell;

union U1 {
    a: u8
}

union U2 {
    a: ManuallyDrop<String>
}

union U3<T> {
    a: ManuallyDrop<T>
}

union U4<T: Copy> {
    a: T
}

// 对于 ManuallyDrop 之外的 非 Copy 类型，目前还是 unstable，需要 `#![feature(untagged_unions)]` 特性门支持。
union URef {
    p: &'static mut i32,
}

// RefCell 没有实现 Drop ，但是它是非 Copy 的
union URefCell { // field that does not drop but is not `Copy`, either
    a: (RefCell<i32>, i32),
}

fn generic_noncopy<T: Default>() {
    let mut u3 = U3 { a: ManuallyDrop::new(T::default()) };
    u3.a = ManuallyDrop::new(T::default()); // OK (assignment does not drop)
    
}

fn generic_copy<T: Copy + Default>() {
    let mut u3 = U3 { a: ManuallyDrop::new(T::default()) };
    u3.a = ManuallyDrop::new(T::default()); // OK
    
    let mut u4 = U4 { a: T::default() };
    u4.a = T::default(); // OK
}

fn main() {
    let mut u1 = U1 { a: 10 }; // OK
    
    u1.a = 11; // OK

    let mut u2 = U2 { a: ManuallyDrop::new(String::from("old")) }; // OK
    u2.a = ManuallyDrop::new(String::from("new")); // OK (assignment does not drop)

    let mut u3 = U3 { a: ManuallyDrop::new(0) }; // OK
    u3.a = ManuallyDrop::new(1); // OK

    let mut u3 = U3 { a: ManuallyDrop::new(String::from("old")) }; // OK
    u3.a = ManuallyDrop::new(String::from("new")); // OK (assignment does not drop)
    
}

编译器

添加对armv5te-unknown-linux-uclibcgnueabi目标的内置支持。基于ARMv5TE指令集的，你可以认为是ARM处理器，但实际上已经有原来intel的很多技术在里面进行了修改。
在ARM Mac上添加对Arm64 Catalyst的支持。苹果很快将发布基于ARM64的Mac，macOS应用将使用在ARM上运行的Darwin ABI。该PR增加了对ARM Macs上Catalyst应用程序的支持：为darwin ABI编译的iOS应用程序。
修复 FreeBSD 上的链接问题。在FreeBSD上，有时会出现一个问题，即使基本系统中包含lld，由于 Rust 未找到链接程序，链接 Rust 程序也会失败。这似乎主要影响裸机/交叉编译，例如wasm构建和arm / riscv裸机工作（例如，尝试编译时）。在Linux和其他操作系统上，启用了用于构建 Rust 的完整工具，因此没有链接问题。如果使用这些选项正确构建了 Rust，则此PR应该可以在FreeBSD上启用完整的功能。

除了这三个，还有其他 target 支持，查看Platform Support 页面。

标准库

为`proc_macro::Punct`增加 `PartialEq<char>`

用于在宏中判断特殊标点符号更加方便。比如：


#![allow(unused)]
fn main() {
// ...
else if let TokenTree::Punct(ref tt) = tree {
  if tt.as_char() == '$' {
    after_dollar = true;
    return None;
  }
  // ...
 if p.as_char() == '>' { 
  // ...
if tt.as_char() == '=' { 
}

Unix 平台优化：`Option<File>` 大小等价于 `File`

在Unix平台上，Rust 的文件仅由系统的整数文件描述符组成，并且它永远不会为-1！返回文件描述符的系统调用使用-1表示发生了错误（检查errno），因此-1不可能是真实的文件描述符。从Rust 1.50开始，此niche（特定生态场景）被添加到类型的定义中，因此它也可以用于布局优化。因此，Option <File>现在将具有与File本身相同的大小！

兼容性变更

过期 compare_and_swap 方法

推荐使用 compare_exchange 和 compare_exchange_weak。过期这个cas方法一方面是为了和 cpp 的 compare_exchange_strong 和 compare_exchange_weak 对应，另一方面也是为了避免使用这个cas在 arm 架构下产生不必要的指令，因为有 cas 的时候，很多人可能会直接使用 cas，从而在 ARM 下产生不必要的指令。

ARM 架构实现LL/SC对(load-linked/store-conditional) ，可以基于它们实现 cas。Load-linked（LL）运算仅仅返回指针地址的当前变量值，如果指针地址中的内存数据在读取之后没有变化，那么 Store-conditional（SC）操作将会成功，它将LL读取指针地址的存储新的值，否则，SC将执行失败。

通过LL/SC对实现的CAS并不是一个原子性操作，但是它确实执行了原子性的CAS，目标内存单元内容要么不变，要么发生原子性变化。由于通过LL/SC对实现的CAS并不是一个原子性操作，于是，该CAS在执行过程中，可能会被中断。因此C++11标准中添入两个compare_exchange原语: compare_exchange_weak和compare_exchange_strong。即使当前的变量值等于预期值，这个弱的版本也可能失败，比如返回false。可见任何weak CAS都能破坏CAS语义，并返回false，而它本应返回true。而Strong CAS会严格遵循CAS语义。

何种情形下使用Weak CAS，何种情形下使用Strong CAS呢？通常执行以下原则：

倘若CAS在循环中（这是一种基本的CAS应用模式），循环中不存在成千上万的运算（循环体是轻量级和简单的），使用compare_exchange_weak。否则，采用强类型的compare_exchange_strong。

因此，Rust 标准库过期 cas 方法，就是为了让开发者可以根据场景来判断使用强还是弱的 cas 语义。而标准库里的cas方法则只是对 compare_exchange 的包装，而 Rust 中 compare_exchange 对应强CAS 语义，所以容易被滥用。

放弃对所有 cloudabi target 的支持

包括：

aarch64-unknown-cloudabi
armv7-unknown-cloudabi
i686-unknown-cloudabi
x86_64-unknown-cloudabi

因为 CloudABI 不再被维护了，可以考虑 WASI 了，WASI 的一些概念就是受到 CloudABI 的启发，现在算是 CloudABI 的接班人了。

Rust精选

常量泛型 [CONST; N] 进一步得到完善：

将共用体(union)中ManualDrop类型字段的分配视为安全

常量泛型 `[CONST; N]` 进一步得到完善：

将共用体(`union`)中 `ManualDrop`类型字段的分配视为安全