学习 Rust 你需要一个认知框架

前言

如果你学习 Rust 的过程感觉到艰难、痛苦或迷茫，不妨看一下这篇文章。 但如果你学 Rust 感觉很轻松，那这篇文章就对你无用，可以忽略。

虽然现在 Rust 学习资料非常丰富，但Rust 是一门学习成本相对比较高的语言。面对不同语言经验的人，学习成本略有差别。

在学习 Rust 之前，需要了解你将会在 Rust 学习过程中付出什么样的心智成本。

零基础的人，需要补足一些必要的计算机科学相关的基础，以及建立对编程的理解。初学编程本身就是一项很大的挑战。

有一定编程基础的人，虽然对学习 Rust 有一定帮助，但还是会有一些阻碍。

• 只有 C 经验的人，学习 Rust 语法时候，有如下挑战：

1. Rust 编程范式。c 语言是过程式，而 Rust 是混合编程范式，支持面向对象和函数式编程风格。c语言过来的人，很容易把 Rust 写成过程式风格，虽然用过程式也可以用 Rust 写出完整功能，但在代码架构上会损失 Rust 的优势。和编程范式相关的概念：泛型/ trait / 错误处理 / 结构体 / 枚举 。
2. 所有权和借用检查。c 里面是 手动管理内存，但是 Rust 是用所有权来管理。c 里面都是用指针，但是在 Rust 里，将指针进行了安全抽象变成了引用，需要有借有检查。这些都是 c 开发者必须要掌握的概念。
3. Unsafe Rust 安全抽象。c 语言开发者要理解 Unsafe Rust 的编码规范，理解如何进行安全抽象，这一点比较重要，尤其是和 C 相互调用时。
4. 宏。Rust 中声明宏类似于 C 语言的声明宏，都是代码替换，但是功能比 C 的强大，这些应该也算一个学习挑战。Rust 还有功能更强大的过程宏，可以在前期学习的时候不用考虑，后期再学。

• 有 Cpp 经验的人，默认其对 C 有一定了解，学习 Rust 语法时，有如下挑战：
  1. Rust 编程范式。Rust 的混合范式 和 Cpp 的混合范式不同。Rust 不是纯粹的面向对象语言，没有构造函数。Rust 中的泛型、 trait 、枚举 和 错误处理 对于 Cpp 开发者同样是重点。
  2. 所有权和借用检查。因为 Rust 也引入了 和 Cpp 11 引入的 基于RAII 机制的智能指针，所以在内存管理方面，对 Cpp 11 及以上版本有经验的人更容易理解。但是没有这方面经验的 Cpp 开发者就有一定难度了。
  3. Unsafe Rust 安全抽象。这一点和 C 语言开发者一样，是需要对 Unsafe Rust 的编码规范有一定理解。
  4. 泛型 和 过程宏。Cpp 开发者有模版，但是 Rust 中有泛型。Rust 中泛型的功能没有 Cpp 模版强大，但是有过程宏可以弥补。也就是说 Cpp 模版编程 等价于 Rust 的泛型和过程宏的结合。如果 Cpp 开发者也想要在 Rust 中追求 模版编程的效果，那么需要掌握 泛型和过程宏。
• 只有 GC 语言使用经验的人，比如 Java、Python、Ruby 、Haskell等，学习 Rust 语法面临的挑战和 Cpp 基本相同，但因为使用 GC 语言的人，大部分对底层内存管理没有足够深入的了解，入门曲线会更加陡峭。

所以， Rust 入门曲线陡峭与否，除了语言本身的复杂性之外，也跟每个人的编程基础有关。

Rust 认知框架介绍

认识到 Rust 学习曲线的根由之后，你会发现，你以往的编程知识其实无法平滑迁移到 Rust 语言的学习中。

所以，你需要一个通用的学习框架，按这个框架来给自己制定学习计划，来达到对抗这个学习曲线，并达成入门 Rust 并持续学习的目的。

这个学习框架其实很简单，只需要明白两点即可：

1. 第一，不要急于求成，保持初学者心态，分阶段，分而治之。
2. 第二，在每个阶段的学习过程中，不要仅有输入，更要保持输出。

说是学习框架，其实也是一种认知框架。接下来，我们来看具体操作。

分阶段学习

对于有一定编程基础的朋友，学习 Rust 要经历至少三个阶段：

1. 整体学习一遍 Rust 语法。对 Rust 语法和语言特性有一个充分了解。
2. Rust 基本所有权概念需要一定深入理解。
3. 深入领域学习。上面两个阶段完成以后，就可以投入到领域实践中，进一步深入学习。

这三个阶段，面对不同经验的学习者，学习时间可长可短，因人而异。在学习过程中，可以搭配一些项目，由简入深。

要点就是，不要急于求成。

对于编程零基础的朋友，则在遵循上面三个阶段学习之前，需要补充一些必要的基础：

1. 计算机科学基础，推荐一些快速入门的书籍：《计算机是如何工作的》、《程序是如何跑起来的》、《网络是如何连接的》
2. 入门一下 C 语言。入门 C 语言之后，学习 Rust 的时候有对比，更容易理解。
3. 然后再遵循上面的三个阶段来学习 Rust 。

第一阶段：全面了解 Rust 语法

第一个阶段的学习，目标是全面了解 Rust 语法。可以让学习者在集中培训前自行学习。

何为掌握？

1. 对 Rust 语法有一个比较全面的了解。
2. 对 Rust 语法进行分类。

这个阶段不是让你一次性学会 Rust ，所以有些不理解的内容，也不要太钻牛角尖，允许自己暂时不理解，最好能记录一个问题清单。这个阶段的重点在于全面了解 Rust 语法，在头脑里构建出语法体系结构，其中分类是重点。要对语法进行分门别类梳理。比如数据类型、控制流程、结构体、trait和泛型、宏等等，它们分别的作用是什么。

第一阶段配套学习资料

1. 《Rust 权威指南》[1]，即 Rust 官方出品的 Rust Book 。
2. 《Rust Cargo Book》[2]
3. 其他免费或收费的入门类 Rust 资料。

看这些资料学习的时候，要围绕第一阶段的学习目标：全面了解 Rust 语法。

对 Rust 语法有一个基本了解之后，可以通过官方出品的Rust by example[3] 和 Rustlings[4] 来检验自己的学习成果。

第一阶段练手项目推荐

第一阶段练手项目的选择存在一些误区，很多人喜欢用 Rust 来刷题来学习 Rust 。但其实刷题的效果并不好。

因为 Rust 所有权的限制，对于实现一些算法和数据结构，没有其他语言那么灵活自由。如果没有对 Rust 所有权有深入了解，那刷题遇到困难，比较容易放弃对 Rust 的学习，不容易坚持。

所以这个阶段比较推荐的项目，还是以做一些让自己容易产生成就感的项目比较好。总的原则就是：结合你自己的领域经验，选择简单的项目入手。

这里推荐一些练手项目：

1. 结合官方的《Command Line Apps in Rust》[5]一书，实现一个简单的终端应用，比如读取 CSV 文件之类。
2. 去 GitHub 开源仓库中寻找案例灵感：
   1. 比如实现一个终端打字练习的应用，比如toipe[6] 。
   2. 或者是一个简单的编辑器，比如 kyun [7] 。
3. 从 《Rust Magazine》[8] 中寻找练手灵感。
4. 其他，比如有些学习资料自身就配套应用案例。

当然，练手项目也比较适合集中培训，由讲师来带领共同完成。

第二阶段：掌握 Rust 语言关键概念

达成第一阶段的学习目标之后，就可以开始第二阶段的学习了。这一阶段可以集中培训。

第二阶段的学习目标就是，掌握 Rust 语言的关键概念。主要包含如下概念：

1. 所有权和借用检查。
2. 类型系统与编程范式。
3. Unsafe Rust 和 宏。

其中 「所有权和借用检查」是重点，只有在掌握了这两个概念之后，才算入门 Rust 语言。至于其他概念，可以在边做项目过程中逐渐掌握，但不能不知道它们。

第二阶段配套学习资料推荐

1. 《Rust 编程之道》
2. 《Programming Rust》第二版
3. 《Rust Design Patterns》[9]
4. Rust 标准库文档
5. 《Rust 编码规范》[10]
6. 《Too Many lists》[11]
7. 其他进阶类 Rust 书目，以及免费或收费的学习资料。

这里推荐的学习资料，不一定要全部都看完，可以着重去深入学习「所有权和借用检查」这部分重点。然后去了解 「类型系统与编程范式」、「宏」和「Unsafe Rust」等概念，也可以深入了解 Rust 设计模式相关概念。

之后，再花时间深入阅读一下 Rust 标准库文档，以及 学习 《Rust 编码规范》。

经过上面的学习，就能为投入 Rust 生产实践打下良好的基础。

第二阶段练手项目推荐

这个阶段比较推荐的项目，依然还是那个原则，即，结合你自己的领域经验，选择简单的项目，由简入深。与此同时，也可以开始阅读一些比较知名的优秀项目源码开始学习。

• 这个时候可以阅读 《Too Many Lists》来实现一个链表，或者，可以去 LeetCode 刷题，借此来检验自己对 Rust 所有权机制的理解。
• GitHub 项目中获取灵感：
  • smallvec[12]，比如实现一个自定义的 Vector 集合容器
  • toydb[13]，比如实现一个简单的分布式数据库
  • 其他。学习资料中本身推荐的案例，或者依据学习者擅长的领域来选择适合的项目。

第三阶段：深入领域学习

经过上面两个阶段的学习，学习者可以投入到自己的实际项目中开始学习了。如果没有自己的实际项目，可以参与到开源项目的贡献中去。

这个过程就是一个长期的学习和应用 Rust 的过程了。比如 Rust 并发和异步开发相关的内容，重点概念中关于类型系统、编程范式、宏、Unsafe Rust 的深入学习和应用，都在这个阶段去完成。

保持输入和输出

学习的过程，要保持输入和输出平衡。

什么叫输入？从各种学习资源中汲取各种知识，叫输入。

输出的形式很多。写一篇文章、参与一个项目、做一次分享，都是输出。

只有输入和输出保持循环，人的大脑才会处于思考模式，你输入的东西才会沉淀为结构化记忆。

所以，在上述学习阶段，除了输入，还要让自己保持输出。这样你的精力和时间才不会白费。

参考资料

[1]《Rust 权威指南》: https://doc.rust-lang.org/book/

[2]《Rust Cargo Book》: https://doc.rust-lang.org/cargo/

[3]Rust by example: https://doc.rust-lang.org/rust-by-example/

[4]Rustlings: https://github.com/rust-lang/rustlings

[5]《Command Line Apps in Rust》: https://rust-cli.github.io/book/index.html

[6]toipe: https://github.com/Samyak2/toipe

[7]kyun : https://github.com/file-acomplaint/kyun

[8]《Rust Magazine》: https://rustmagazine.github.io/rust_magazine_2022/

[9]《Rust Design Patterns》: https://rust-unofficial.github.io/patterns/

[10]《Rust 编码规范》: https://rust-coding-guidelines.github.io/rust-coding-guidelines-zh/

[11]《Too Many lists》: https://rust-unofficial.github.io/too-many-lists/

[12]smallvec: https://github.com/servo/rust-smallvec

[13]toydb: https://github.com/erikgrinaker/toydb