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name: rust-patterns description: 惯用 Rust 模式、所有权、错误处理、trait、并发以及构建安全高性能应用的最佳实践。 origin: ECC

Rust 开发模式

用于构建安全、高性能和可维护应用的惯用 Rust 模式和最佳实践。

何时使用

• 编写新的 Rust 代码
• 审查 Rust 代码
• 重构现有 Rust 代码
• 设计 crate 结构和模块布局

工作原理

本技能在六个关键领域强制执行惯用 Rust 约定：所有权和借用以在编译时防止数据竞争，使用 Result/? 错误传播（库使用 thiserror，应用使用 anyhow），枚举和穷举模式匹配使非法状态不可表示，trait 和泛型实现零成本抽象，通过 Arc<Mutex<T>>、通道和 async/await 实现安全并发，以及按领域组织的最小 pub 表面。

核心原则

1. 所有权和借用

Rust 的所有权系统在编译时防止数据竞争和内存错误。

// 好：不需要所有权时传递引用
fn process(data: &[u8]) -> usize {
    data.len()
}

// 好：仅在需要存储或消费时获取所有权
fn store(data: Vec<u8>) -> Record {
    Record { payload: data }
}

// 差：不必要地克隆以避免借用检查器
fn process_bad(data: &Vec<u8>) -> usize {
    let cloned = data.clone(); // 浪费——只需借用
    cloned.len()
}

使用 Cow 实现灵活所有权

use std::borrow::Cow;

fn normalize(input: &str) -> Cow<'_, str> {
    if input.contains(' ') {
        Cow::Owned(input.replace(' ', "_"))
    } else {
        Cow::Borrowed(input) // 不需要修改时零成本
    }
}

错误处理

使用 Result 和 ? — 生产代码中永远不要 unwrap()

// 好：带上下文传播错误
use anyhow::{Context, Result};

fn load_config(path: &str) -> Result<Config> {
    let content = std::fs::read_to_string(path)
        .with_context(|| format!("failed to read config from {path}"))?;
    let config: Config = toml::from_str(&content)
        .with_context(|| format!("failed to parse config from {path}"))?;
    Ok(config)
}

// 差：出错时 panic
fn load_config_bad(path: &str) -> Config {
    let content = std::fs::read_to_string(path).unwrap(); // Panic!
    toml::from_str(&content).unwrap()
}

库错误用 thiserror，应用错误用 anyhow

// 库代码：结构化、类型化的错误
use thiserror::Error;

#[derive(Debug, Error)]
pub enum StorageError {
    #[error("record not found: {id}")]
    NotFound { id: String },
    #[error("connection failed")]
    Connection(#[from] std::io::Error),
    #[error("invalid data: {0}")]
    InvalidData(String),
}

// 应用代码：灵活的错误处理
use anyhow::{bail, Result};

fn run() -> Result<()> {
    let config = load_config("app.toml")?;
    if config.workers == 0 {
        bail!("worker count must be > 0");
    }
    Ok(())
}

Option 组合子优于嵌套匹配

// 好：组合子链
fn find_user_email(users: &[User], id: u64) -> Option<String> {
    users.iter()
        .find(|u| u.id == id)
        .map(|u| u.email.clone())
}

// 差：深度嵌套匹配
fn find_user_email_bad(users: &[User], id: u64) -> Option<String> {
    match users.iter().find(|u| u.id == id) {
        Some(user) => match &user.email {
            email => Some(email.clone()),
        },
        None => None,
    }
}

枚举和模式匹配

将状态建模为枚举

// 好：不可能的状态不可表示
enum ConnectionState {
    Disconnected,
    Connecting { attempt: u32 },
    Connected { session_id: String },
    Failed { reason: String, retries: u32 },
}

fn handle(state: &ConnectionState) {
    match state {
        ConnectionState::Disconnected => connect(),
        ConnectionState::Connecting { attempt } if *attempt > 3 => give_up(),
        ConnectionState::Connecting { .. } => wait(),
        ConnectionState::Connected { session_id } => use_session(session_id),
        ConnectionState::Failed { retries, .. } if *retries < 3 => retry(),
        ConnectionState::Failed { reason, .. } => report_failure(reason),
    }
}