Rust의 핵심 개념들

충무로마피아 2차 충무회의 의 세미나 내용

Rust 배우기 에 더 자세한 내용이 있음

Presentation

1. Compiler 언어

컴파일언어와 인터프리터 언어

소스코드 -> 컴파일 -> 머신코드(executable) 의 개발과정을 거치는 실행하기 위해서 컴파일링이 필요한 언어이다.

컴파일러 언어는 실행파일을 만들기위해 컴파일링을 해야하지만, 실행파일이 만들어진 후에는 실행만 하면 되기 때문에 실행 속도가 빠르다.

C 계열, Java 등의 언어가 있다.

다른 방면으로 Interpreter언어가 있는데, 이는 소스코드의 컴파일 과정 없이 interpreter가 소스크드를 바로 해석하여 실행한다. 즉, 실행과정에 interpreter의 개입이 있기 때문에 느리다.

2. Mutable

Mutable 과 Immutable

3. Ownership

Rust에만 있는 특이한 개념. Ownership은 메모리 관리를 ‘더 잘’ 하기위해서 생겨난 개념이다.

Why Ownership

’더 잘’을 이해하기 위해서는 다른 언어는 어떤 방식으로 메모리를 관리하는 지 알아야한다.

C계열: C는 메모리에 대해 아주 low level 인터페이스를 제공한다. malloc과 free 이다.
- 문제: malloc을 했으면 free해주어야한다. 만약 실수로 안하게된다면 메모리 누수가 생긴다.
GC계열: 가비지 콜렉터(GC)가 주기적으로 돌면서 죽어있는 메모리를 수집해서 다시 쓸 수 있는 공간으로 만드는 언어들. 사용자는 메모리의 할당 해제에 신경을 거의 쓰지 않아도 된다.
- 문제: GC가 돌아야하는 컴퓨팅 비용도 있고, GC가 수집할 수 있는 메모리임을 추적하는데 필요한 메타데이터들도 많다.

실수를 방지하면서, GC도 없앨 방법으로 ownership의 개념이 도입되었다.

What is Ownership

돌아보기: Stack & Heap

Stack
Heap

Ownership 의 역할

Heap에 할당된 메모리를 추적하고, 중복이 없게하고, 사용이 완료되면 해제하는 것이 ownership의 역할이다.

Ownership rules

Each value in Rust has an owner.
There can only be one owner at a time.
When the owner goes out of scope, the value will be dropped.

Meaning

값이 생기고 그 값에 대한 owner가 생긴다. (allocation)
한 값에 대한 owner는 한 명 뿐이다. (tracking)
owner가 scope 밖으로 나가면 value는 없어진다. (free)

결국 이 룰만 다 지켜지면 메모리의 할당, 추적, 해제를 보장할 수 있다.

Move

let s1 = String::from("hello"); 
let s2 = s1;

이 시점에 s1은 invalidate됨.

Copy

Stack 에만 존재하는 데이터는 copy됨.

let x = 5; 
let y = x;

Example Code

fn main() {
    let s1 = gives_ownership();
    takes_ownership(s1);
    let s2 = String::from("hello");
    let s3 = takes_and_gives_back(s2);
} 
 
fn takes_ownership(some_string: String) {
    println!("{}", some_string);
}
 
fn gives_ownership() -> String {
    let some_string = String::from("yours");
    some_string
}
 
fn takes_and_gives_back(a_string: String) -> String {
    a_string 
}

4. Reference

원본을 빌리는거기 때문에 borrowing 이라고도 함.

immutable reference

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");
 
    let len = calculate_length(&s1);
 
    println!("The length of '{}' is {}.", s1, len);
}
 
fn calculate_length(s: &String) -> usize {
    s.len()
}

mutable reference

fn main() {
    let mut s = String::from("hello");
 
    change(&mut s);
}
 
fn change(some_string: &mut String) {
    some_string.push_str(", world");
}

compile error (only one mut ref!!!)

    let mut s = String::from("hello");
 
    let r1 = &s; // no problem
    let r2 = &s; // no problem
    let r3 = &mut s; // BIG PROBLEM
 
    println!("{}, {}, and {}", r1, r2, r3);

Why only one mut ref??

5. Null does not existing

Rust에는 다른 프로그래밍 언어에 있는 Null이 없다.
널의 inventor인 Tony Hoare은 2009년에 Enum and Its Advantages Over Null Values프리젠테이션에서 이렇게 말함.
- 완벽하게 safe한 reference를 만들고 싶었는데
- null reference를 두면 매우 쉽다는 유혹을 떨쳐내지 못해서
- 수십년간 많은 에러, 취약성, 시스템 크래시등을 발생시켰다.
Null의 컨셉(지금 값이 유효하지 않거나 없다)은 유용하다, 대신 구현의 방법에 따라 오류에 취약할 뿐이다.

널의 컨셉을 표현하는 Options

enum Option<T> { None, Some(T), }

값이 없으면 None, 있으면 Some값을 가지는 Enum.
None으로 null의 개념을 표현한다.
null값과 다르게 Option값은 실제로 사용할 수 없다.
옵션값은 사용하기전에 양쪽 모든 경우를 다뤄줘야 한다.

fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
	match x {
		None => None,
		Some(i) => Some(i + 1),
	}
}

6. Lifetime

Reference는 lifetime이 존재하며 이를 명시해줘야하는 경우가 있다.

🧠 Jaytelkasten

Explorer