生物信息Rust-01

前言-為什么想學Rust？

一直想多學一門編譯語言，主要有幾個原因吧（1. 看到一位老師實驗室要求需要掌握一門編譯語言；2. 自己享想試著開發一些實用的生信工具，感覺自己現在相比于數據分析，探索生物學層面的意義相比更想做一些實用性的東西出來），之前在C、C++、Rust之間搖擺，一直沒有行動起來學，確實也怪自己拖延。

直到前段時間，想去的那個實驗室發了一篇很有創新性的文章，又勾起了我想前往深造的想法。（疊個甲，不是只想著為了發文章才去，而是覺得在那里會有更多的可能性。）再瀏覽實驗室信息的時候，偶然發現一位博士師兄之前竟然是我在B-G-I實習時候的室友，盡管只當了三四天的室友，但對他的一些基本情況還是比較了解的。知道他去了那個學校，但沒想到竟然去了那位老師門下。

有在網上搜索這位師兄的相關信息，確實很優秀，掌握很多技能，漸漸地心里將他變成了我研究生階段的榜樣。看到他的github或者是推文中都在推薦Rust，我那搖擺的天平最終偏向Rust這邊，下決心要開始行動了。

再不做真的就wan（晚/完）了。

說干就干，趕緊學！！！

PS：現在腦中有個小工具的雛形，爭取能在今年實現！！

Rust資源

Rust圣經

關于本書 - Rust語言圣經(Rust Course)

菜鳥教程

Rust 教程 | 菜鳥教程

Rust官方文檔中文教程

Rust 文檔網 - Rust 官方文檔中文教程

rustlings

https://github.com/rust-lang/rustlings/

在線運行網站

Rust Playground

Rust By Example

Introduction - Rust By Example

Rust特點

簡單了解一下Rust特點，之前一直聽說一大特點是內存安全，之前在大一時候學過C++，但是到后面學指針的時候就開小差了，其實也不能很好理解這部分內容。這里引用一下菜鳥教程里的內容吧：

內存安全：Rust 的所有權系統在編譯時防止空懸指針、數據競爭等內存錯誤，無需垃圾收集器。
并發編程：Rust 提供了現代的語言特性來支持并發編程，如線程和消息傳遞，使得編寫并發程序更加安全和容易。
性能：Rust 編譯為機器碼，沒有運行時或垃圾收集器，能夠提供接近 C 和 C++ 的性能。
類型系統：Rust 的類型系統和模式匹配提供了強大的抽象能力，有助于編寫更安全、更可預測的代碼。
錯誤處理：Rust 的錯誤處理模型鼓勵顯式處理所有可能的錯誤情況。
宏系統：Rust 提供了一個強大的宏系統，允許開發者在編譯時編寫和重用代碼。
包管理：Rust 的包管理器 Cargo 簡化了依賴管理和構建過程。
跨平臺：Rust 支持多種操作系統和平臺，包括 Windows、macOS、Linux、BSDs 等。
社區支持：Rust 有一個活躍的社區，提供了大量的庫和工具。
工具鏈：Rust 擁有豐富的工具鏈，包括編譯器、包管理器、文檔生成器等。
無段錯誤：Rust 的所有權和生命周期規則保證了引用的有效性，從而避免了段錯誤。
迭代器和閉包：Rust 提供了強大的迭代器和閉包支持，簡化了集合的處理。

對于生信可以借助Rust進行工具開發，這也是我一直想學著做的一件事

Cargo

我們在平常管理生信環境是經常會用到conda/pip，那么在Rust里面可以使用Cargo來對包進行管理。

創建項目

在這里使用cargo創建一個world_hello項目

(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn> cargo new world_helloCreating binary (application) `world_hello` package
note: see more `Cargo.toml` keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html
(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn> cd .\world_hello\
(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello> lsDirectory: D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_helloMode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
d----           2025/4/12    21:33                src
-a---           2025/4/12    21:33             82 Cargo.toml(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello>

這里如果使用命令cargo new --vcs git xxx來創建項目的話還會給出相應的git文件。

吐槽：windows終端上操作真難受！！

運行項目

有兩種方式運行：

cargo run
手動編譯和運行項目

`cargo run`

在剛剛創建的項目路徑下運行cargo run便可看到：

(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello> cargo run        Compiling world_hello v0.1.0 (D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello)Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 5.83sRunning `target\debug\world_hello.exe`
Hello, world!

上述代碼，cargo run 首先對項目進行編譯，然后再運行，因此它實際上等同于運行了兩個指令

手動編譯運行

(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello> cargo buildFinished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.03s
(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello> lsDirectory: D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_helloMode                 LastWriteTime         Length Name  
----                 -------------         ------ ----  
d----           2025/4/12    21:39                src       
d----           2025/4/12    21:50                target    
-a---           2025/4/12    21:39              8 .gitignore
-a---           2025/4/12    21:50            155 Cargo.lock
-a---           2025/4/12    21:39             82 Cargo.toml(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello> .\target\debug\world_hello.exe
Hello, world!
(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello>

行云流水，但談不上一氣呵成。細心的讀者可能已經發現，在調用的時候，路徑 ./target/debug/world_hello 中有一個明晃晃的 debug 字段，沒錯我們運行的是 debug 模式，在這種模式下，代碼的編譯速度會非常快，可是福兮禍所伏，運行速度就慢了. 原因是，在 debug 模式下，Rust 編譯器不會做任何的優化，只為了盡快的編譯完成，讓你的開發流程更加順暢。

比如你想要高性能的代碼怎么辦？簡單，添加 --release 來編譯：

cargo run --release

cargo build --release

試著運行一下我們高性能的 release 程序：

(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello> cd .\target\         
(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello\target> lsDirectory: D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello\targetMode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
d----           2025/4/12    21:51                debug
d----           2025/4/12    22:00                release
-a---           2025/4/12    21:51           1120 .rustc_info.json
-a---           2025/4/12    21:50            177 CACHEDIR.TAG(base) PS D:\000zyf\Learning\rust_learn\world_hello\target> .\release\world_hello.exe
Hello, world!

cargo check

當項目大了后，cargo run 和 cargo build 不可避免的會變慢，那么有沒有更快的方式來驗證代碼的正確性呢？大殺器來了，接著！

cargo check 是我們在代碼開發過程中最常用的命令，它的作用很簡單：快速的檢查一下代碼能否編譯通過。因此該命令速度會非常快，能節省大量的編譯時間。

Cargo.toml和Cargo.lock

Cargo.toml 和 Cargo.lock 是 cargo 的核心文件，它的所有活動均基于此二者。

Cargo.toml 是 cargo 特有的項目數據描述文件。它存儲了項目的所有元配置信息，如果 Rust 開發者希望 Rust 項目能夠按照期望的方式進行構建、測試和運行，那么，必須按照合理的方式構建 Cargo.toml。

Cargo.lock 文件是 cargo 工具根據同一項目的 toml 文件生成的項目依賴詳細清單，因此我們一般不用修改它。

什么情況下該把 Cargo.lock 上傳到 git 倉庫里？很簡單，當你的項目是一個可運行的程序時，就上傳 Cargo.lock，如果是一個依賴庫項目，那么請把它添加到 .gitignore 中。

現在用 VSCode 打開上面創建的"世界，你好"項目，然后進入根目錄的 Cargo.toml 文件，可以看到該文件包含不少信息：

[package]
name = "world_hello"
version = "0.1.0"
edition = "2024"[dependencies]

name 字段定義了項目名稱，version 字段定義當前版本，新項目默認是 0.1.0，edition 字段定義了我們使用的 Rust 大版本。

定義項目依賴

使用 cargo 工具的最大優勢就在于，能夠對該項目的各種依賴項進行方便、統一和靈活的管理。

在 Cargo.toml 中，主要通過各種依賴段落來描述該項目的各種依賴項：

基于 Rust 官方倉庫 crates.io，通過版本說明來描述
基于項目源代碼的 git 倉庫地址，通過 URL 來描述
基于本地項目的絕對路徑或者相對路徑，通過類 Unix 模式的路徑來描述