تعلم لغة رست Rust: البدايات

مقدمة

في عالم البرمجة المعاصر الذي تسيطر عليه لغات برمجة شهيرة مثل C++، Python، Java وJavaScript، ظهرت لغة جديدة نسبياً أثبتت وجودها في وقت قياسي، وهي لغة رست Rust. هذه اللغة التي بدأت كمشروع مستقل داخل شركة Mozilla، سرعان ما أصبحت الخيار المفضل للعديد من المطورين حول العالم، لا سيما لأولئك الذين يسعون إلى الأداء العالي دون التضحية بالأمان والاستقرار. في السنوات الأخيرة، صنّفها المطورون على موقع Stack Overflow كأكثر لغة مفضلة لعدة سنوات متتالية، مما يدل على شعبيتها المتنامية.

Rust ليست فقط لغة برمجة، بل فلسفة جديدة في تطوير البرمجيات. تقدم حلولاً عملية لمشاكل شائعة في لغات أخرى، مثل تسرب الذاكرة، السباقات في الذاكرة، والأخطاء التي لا تظهر إلا وقت التنفيذ. وهي تسعى لخلق توازن بين الكفاءة في الأداء والسلامة في التعامل مع الموارد، ما يجعلها مثالية لتطوير البرمجيات ذات المهام الحرجة مثل أنظمة التشغيل، محركات الألعاب، والمتصفحات.

تعريف لغة رست Rust

Rust هي لغة برمجة متعددة الأنماط systems programming language، تركّز على الأداء والسلامة، خاصة الأمان من أخطاء الذاكرة. تم تطويرها في البداية من قبل Graydon Hoare عام 2006، ثم تبنتها شركة Mozilla لاحقاً ودعمت تطويرها. في عام 2015، صدرت النسخة المستقرة الأولى 1.0، ومنذ ذلك الوقت، تطورت اللغة بسرعة وتم تبنيها في مشاريع عملاقة.

Rust تُترجم مباشرة إلى لغة الآلة مثل C و C++، لكنها تستخدم نظامًا حديثًا لإدارة الذاكرة يعتمد على “الملكية Ownership” و”الاستعارة Borrowing” بدلاً من جامع النفايات Garbage Collector. هذا يسمح لها بتحقيق أداء مقارب أو أفضل من C/C++ مع توفير أمان ذاكرة قوي في وقت الترجمة (compile-time).

مميزات لغة رست Rust

عند الحديث عن أسباب شهرة Rust وانتشارها، يمكن تلخيص أبرز مميزاتها في النقاط التالية:

1. الأمان القوي في وقت الترجمة

من أبرز مميزات Rust أنها تمنع مجموعة واسعة من الأخطاء الشائعة وقت الترجمة وليس وقت التشغيل، مثل الوصول لذاكرة محررة أو التداخلات بين سلاسل متعددة (data races). ذلك من خلال نظام الملكية والاستعارة الذي يمنع الأخطاء دون الحاجة إلى جامع نفايات.

2. الأداء العالي

Rust لا تستخدم garbage collector، وبالتالي يمكن للبرامج المكتوبة بها أن تصل إلى أداء مماثل أو أفضل من البرامج المكتوبة بلغة C أو C++، خصوصًا في التطبيقات الحساسة مثل الأنظمة المضمنة، محركات الألعاب، وبرمجيات الشبكات.

3. نظام كتابة متقدم

تدعم Rust نظام typing صارم وحديث يضمن التحقق من أنواع البيانات عند الترجمة، مما يحد من الأخطاء المنطقية، ويساعد في توثيق الكود وفهمه.

4. إدارة متقدمة للذاكرة بدون جامع نفايات

أحد أكبر الابتكارات في Rust هو قدرتها على إدارة الذاكرة دون الحاجة إلى جامع نفايات، ما يوفر أداءً عالياً واستهلاكاً منخفضاً للموارد.

5. دعم متميز للتوازي (Concurrency)

Rust تجعل من السهل كتابة برامج متعددة الخيوط بأمان، من خلال أدواتها المدمجة التي تمنع التداخلات المشتركة (data races) في وقت الترجمة.

6. مجتمع نشط وأدوات متقدمة

تتمتع Rust بمجتمع واسع ونشط يوفر مكتبات جاهزة، توثيقاً ممتازاً، وأدوات مثل Cargo (مدير الحزم)، Rustfmt (لترتيب الكود)، وClippy (أداة تحليل ثابت للكود).

البنية الأساسية للغة رست

لفهم لغة Rust يجب أولاً التعرّف على البنية الأساسية للغة:

ملف المصدر

عادة ما تكون ملفات Rust بامتداد .rs. ولتشغيل برنامج بسيط، يكفي كتابة الكود التالي:

rust
CopyEdit
fn main() {
    println!("Hello, world!");
}

المتغيرات

Rust تستخدم متغيرات غير قابلة للتغيير (immutable) بشكل افتراضي، ويمكن تعريف المتغيرات القابلة للتغيير باستخدام الكلمة المفتاحية mut:

rust
CopyEdit
let x = 5; // لا يمكن تغيير قيمة x
let mut y = 10; // يمكن تغيير قيمة y
y = 15;

الدوال

تعريف الدوال في Rust يتم باستخدام الكلمة المفتاحية fn:

rust
CopyEdit
fn sum(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

أنماط التحكم

تدعم Rust أنماط التحكم المعتادة مثل if, loop, while, for:

rust
CopyEdit
let number = 5;

if number < 10 {
    println!("أقل من 10");
} else {
    println!("10 أو أكثر");
}

المجموعات والتكرار

Rust تدعم أنواعاً مثل Vectors وArrays، ويمكن التكرار عليها باستخدام حلقة for:

rust
CopyEdit
let arr = [1, 2, 3, 4, 5];

for num in arr.iter() {
    println!("{}", num);
}

نظام الملكية (Ownership)

نظام الملكية هو من السمات الأساسية والفريدة في Rust. يهدف إلى ضمان سلامة الذاكرة دون الحاجة إلى جامع نفايات. كل قيمة في Rust لها مالك واحد فقط في وقت معين، ولا يمكن نقل أو تعديل القيمة إلا وفقًا لقواعد محددة بدقة. المفاهيم الأساسية هي:

• الملكية Ownership: كل قيمة لها مالك واحد.

• الاستعارة Borrowing: يمكنك استعارة قيمة لكن لا يمكنك تغييرها دون تصريح صريح.

• عمر القيم Lifetimes: تحدد المدة التي تبقى فيها القيمة صالحة للاستعمال.

مثال بسيط:

rust
CopyEdit
fn main() {
    let s1 = String::from("مرحبا");
    let s2 = s1; // الآن s1 لم تعد صالحة للاستخدام
}

لن يعمل الكود أعلاه لأن s1 تم نقل ملكيتها إلى s2.

أدوات لغة رست

Cargo

Cargo هو مدير الحزم وأداة البناء الرسمية في Rust. يُستخدم لإنشاء المشاريع، تثبيت الحزم، وتجميع الكود.

bash
CopyEdit
cargo new my_project
cd my_project
cargo run

Crates.io

المستودع الرسمي لحزم Rust. يمكن البحث فيه عن مكتبات جاهزة وإضافتها للمشروع من خلال ملف Cargo.toml.

Rustdoc

أداة توثيق قوية تسمح بإنشاء وثائق HTML من تعليقات الكود تلقائيًا.

Rustfmt و Clippy

أدوات لتحسين جودة الكود: Rustfmt لتنسيق الكود، وClippy لاكتشاف وتحذير الممارسات السيئة أو المضللة.

البنية التحتية للمشاريع

عادة ما يتم تنظيم مشاريع Rust باستخدام الأوامر التالية:

bash
CopyEdit
cargo new my_project

ينتج المشروع بالهيكل التالي:

css
CopyEdit
my_project/
├── Cargo.toml
└── src/
    └── main.rs

تطبيقات عملية باستخدام Rust

1. نظم التشغيل

أشهر مشروع مبني جزئياً بلغة Rust هو Firefox، حيث يتم استخدام Rust لتأمين مكونات حساسة فيه. بالإضافة إلى ذلك، ظهرت مشاريع لبناء نظم تشغيل كاملة بلغة Rust مثل Redox OS.

2. برمجة الشبكات

Rust تُستخدم في كتابة تطبيقات الشبكات عالية الأداء، مثل الخوادم، برامج تحليل الحزم، والبروكسيات.

3. تطوير الألعاب

رغم أنها ليست اللغة الرئيسية في هذا المجال حتى الآن، إلا أن أداءها العالي وقدراتها تجعلها مرشحة قوية. توجد مكتبات مثل Bevy و Amethyst لبناء الألعاب.

4. علم البيانات والذكاء الاصطناعي

بدأت Rust تدخل إلى مجال علم البيانات بفضل مكتبات مثل Polars و ndarray. وهي توفّر أداءً ممتازاً مع أمان ذاكرة لا تضاهى.

مقارنة Rust بلغات أخرى

متطلبات تعلم Rust

لكي تبدأ بتعلم Rust بفعالية، يُفضل أن تكون لديك خلفية بسيطة عن البرمجة بشكل عام، خاصة بالمفاهيم التالية:

• المتغيرات وأنواع البيانات

• الدوال والبرمجة الإجرائية

• التكرار والتحكم في التدفق

• هياكل البيانات الأساسية (Arrays, Vectors, HashMaps)

• مفاهيم إدارة الذاكرة (إن كنت تعرف C/C++ فذلك مفيد جداً)

ومع ذلك، تقدم لغة Rust تجربة تعليمية ممتازة للمبتدئين بفضل توثيقها القوي والأدوات المدمجة بها.

مصادر ومراجع

• The Rust Programming Language (كتاب رسمي)

• https://www.rust-lang.org – الموقع الرسمي للغة

هذا المقال يمثل نظرة شاملة وعميقة عن لغة Rust، بدءاً من نشأتها حتى تطبيقاتها الحديثة، مع التركيز على البنية الأساسية والخصائص الفريدة التي تقدمها. تقدم Rust حلاً عمليًا وفعالًا لتطوير أنظمة برمجية آمنة وعالية الأداء في وقت باتت فيه البرمجيات أكثر تعقيدًا من أي وقت مضى.