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开发辅助

本章节将介绍 Rust 生态中一些有用的工具，这些工具可以帮助你在开发过程中提高代码质量、效率和可维护性。

常见工具

Rust 提供了一系列内置工具，帮助开发者在提高开发效率的同时，也能编写高质量、规范的代码。正确使用这些工具，可以让你更加专注于代码的逻辑，而不会被琐碎的细节所困扰。

rustc

Rust 编译器（rustc）不仅能编译代码。相比于 gcc 等编译器，它的一大优势就是友好的错误提示。对于 Rust 新手来说，编译器的错误提示可以帮助你快速定位问题，从而让你更快写出正确的代码。

如果代码存在错误或者需要警告的内容，rustc 会输出详细的信息。示例代码如下：

// main.rs
fn main() {
    let x = 42;
    x = x + 1;
    println!("{}", x);
}

我们使用 rustc 编译上述代码：

rustc main.rs

终端会输出如下结果（当前 rustc 版本为 1.85.0-stable）：

error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `x`
 --> main.rs:3:5
  |
2 |     let x = 42;
  |         - first assignment to `x`
3 |     x = x + 1;
  |     ^^^^^^^^^ cannot assign twice to immutable variable
  |
help: consider making this binding mutable
  |
2 |     let mut x = 42;
  |         +++

error: aborting due to 1 previous error

For more information about this error, try `rustc --explain E0384`.

上述输出结果可以分为三部分：

  1. 异常原因说明：

    error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `x`

    这里 E0384 是错误码，表示 cannot assign twice to immutable variable，即不能对不可变变量进行二次赋值。

      --> main.rs:3:5
  |
2 |     let x = 42;
  |         - first assignment to `x`
3 |     x = x + 1;
  |     ^^^^^^^^^ cannot assign twice to immutable variable
  |

    这里描述了错误发生的位置和具体的原因： - main.rs:3:5 表示错误发生在 main.rs 文件的第 3 行第 5 列。 - first assignment to x 表示 x 的第一次赋值发生在第 2 行。 - x = x + 1 下的波浪线（若你的终端支持颜色输出，可以看到这是一条红色波浪线）表示错误发生的位置，这里 x 被重复赋值，从而违背了 Rust 的不可变性原则。

  2. 改进建议：

    help: consider making this binding mutable
  |
2 |     let mut x = 42;
  |         +++

    这里给出了一个改进建议，即在 let 关键字后面添加 mut 关键字，从而将 x 声明为可变变量。

  3. 深入信息：

    对于 Rust 编译器发出的错误，编译器会提供一个错误码，并给出一些可能的解释。对上述的错误，编译器给出的错误码是 E0384。

    For more information about this error, try `rustc --explain E0384`.

    我们可以在终端执行它给出的指令 rustc --explain E0384，从而获取更多关于该错误的信息。更多 rustc 可能给出的错误码，详见 Error Code Index。

基于 rustc 的建议，我们修改代码之后重新编译，即可得到正确的结果。

自动修复功能

VSCode 等现代 IDE 提供了智能修复功能，可以在编译器报错时根据其给出的建议自动修复代码。我们以上述代码为例，在 VSCode 中写入该段代码，会出现红色波浪线报错。将光标移动到红色波浪线上，会显示出具体的报错内容，如下图：

rustc-error

我们点击 快速修复 按钮，VSCode 会按照编译期的报错，显示如下的修复建议选项。

rustc-fix

其中的 Copilot 选项来自于 VSCode 的 Copilot 插件，详见将 AI 集成到 IDE。我们选择第一项：Change it to be mutable（将其声明为可变变量）选项，IDE 会自动修正代码的 bug，使其通过编译。

rustc-fix-result

需要注意的是，IDE 的自动修复功能仅是辅助功能，其给出的修复建议并不一定正确。因此，当 IDE 无法解决问题时，我们仍然需要仔细阅读编译器的报错信息，并思考解决的方法。

clippy

clippy 是 Rust 官方提供的静态代码分析工具，可以帮助你发现代码中的潜在问题和改进建议，从而让你的代码更加规范、健壮。

为了使用 clippy，你需要先安装 clippy 组件：

rustup component add clippy

示例代码如下：

// src/main.rs
fn main() {
    let x = true;
    if x == true {
        println!("x is true");
    }
}

在项目根目录下运行 cargo clippy 后输出：

warning: equality checks against true are unnecessary
 --> src/main.rs:3:8
  |
3 |     if x == true {
  |        ^^^^^^^^^ help: try simplifying it as shown: `x`
  |
  = help: for further information visit https://rust-lang.github.io/rust-clippy/master/index.html#bool_comparison
  = note: `#[warn(clippy::bool_comparison)]` on by default

同样的，我们拆分一下 clippy 的输出结果：

  1. 警告信息与改进建议：

    warning: equality checks against true are unnecessary
 --> src/main.rs:3:8
  |
3 |     if x == true {
  |        ^^^^^^^^^ help: try simplifying it as shown: `x`
  |

    这里 warning: equality checks against true are unnecessary 代表某个判断相等语句是冗余的。

    在我们的程序中，clippy 认为 if x == true 是冗余的，可以简化为 if x。而 help: try simplifying it as shown: x 给出了改进建议，即简化为 if x。

  2. 深入信息：

    = help: for further information visit https://rust-lang.github.io/rust-clippy/master/index.html#bool_comparison
= note: `#[warn(clippy::bool_comparison)]` on by default

    这里给出了进一步的信息，说明当前的检查属于 clippy::bool_comparison，可以访问 clippy-docs 获取更多信息。

可以使用 #[allow(...)] 属性来禁用特定的检查，屏蔽警告。但是，除非额外启用了一些非常严格的检查规则，默认的规则基本上总是应当遵守的，如果没有非常充分的理由，不应该随意禁用检查。如果你不理解 clippy 提示警告的原因，不知道应该如何修复，可以阅读 help: 中链接的文档，也可以向 AI 和助教求助。

集成 clippy 到 IDE

如果你使用 VSCode 及其衍生的编辑器进行开发，还可以将 clippy 集成到 IDE 的自动检查和修复中，从而避免手动调用的麻烦。我们以 VSCode 的 rust-analyzer 插件为例：

  1. 打开命令面板 (快捷键为 Ctrl+Shift+P / Cmd+Shift+P)

  2. 键入 Preferences: Open Settings (JSON)，从而打开 settings.json 文件。

  3. 在 settings.json 中加入：

    {
    // Default command is `cargo check`
    "rust-analyzer.check.command": "clippy",
}

上文中，我们设置 rust-analyzer 的检查命令为 clippy。当我们启用了 rust-analyzer 的 checkOnSave 功能（默认是启用的，可以在设置中查找）之后，每次保存文件时，都会自动调用 rust-analyzer.check 命令，从而调用 clippy 实现自动检查。

rustfmt

rustfmt 也是 Rust 官方提供的代码格式化工具，可以帮助你保持代码风格一致。

为了使用 rustfmt，你需要先安装 rustfmt 组件： 

rustup component add rustfmt

我们提供一个未格式化的示例代码：

// src/main.rs
fn main(){println!("hello");}

可以看到，代码的格式并不美观。当我们执行如下指令：

rustfmt src/main.rs

可以看到，源文件的代码格式得到了改善。

// src/main.rs
fn main() {
    println!("hello");
}

当我们使用 cargo 管理项目时，也可以通过 cargo fmt 来执行代码格式化，此时本质上仍然是调用了 rustfmt。

rustfmt 的格式化规范是可配置的，默认格式详见 The Default Rust Style。自定义配置的方法和更多选项详见 rustfmt docs。

自动格式化

当我们使用 VSCode 等现代 IDE 开发时，可以借助 IDE 的自动格式化功能，在保存代码时自动调用 rustfmt 进行格式化，从而避免手动调用指令的麻烦。

以 VSCode 为例，配置自动格式化的步骤如下：

  1. 保证 Rust-analyzer 插件和 rustfmt 组件均已安装

  2. 打开设置面板（左下角的齿轮图标）

  3. 搜索 format on save，并勾选

    format on save

此时在编辑完 Rust 代码之后保存（快捷键一般为 Ctrl+S / Cmd+S），即可自动调用对应的格式化工具。对于 rust-analyzer 来说，默认调用 rustfmt 进行格式化。

这些工具可以帮助你在开发过程中及时发现问题、保持代码整洁，提高开发效率。

扩展工具

除去上述提到的常见工具，Rust 生态中还有更多来自官方或者第三方维护者的工具。这些工具可以帮助你发现代码中的潜在问题和改进建议，从而让你的代码更加规范、健壮。但它们的安装和使用相对复杂，且需要一定的学习成本，因此本章节仅介绍其基本信息。感兴趣的同学可以进一步了解。

工具类别 子类别 工具 重要程度 来源 说明
程序分析工具
👉 静态检查工具
clippy ⭐⭐⭐ clippy 捕获常见的编码错误，并使代码更加地道
mirai ⭐⭐ 论文 检查 panic；支持属性标注
rapx ⭐⭐ RAPx book 检查 UAF 和内存泄露
lockbud ⭐⭐ 论文 检查 deadlock 等并发问题
atomvchecker ⭐⭐ 论文 检查 memory ordering misuse
rudra ⭐⭐ 论文 检查 panic safety 和 Send/Sync Variance
👉 动态检查工具
测试 ⭐⭐⭐ cargo-test 单元测试或集成测试等
miri ⭐⭐⭐ cargo-miri 最高质量的 UB 检查结果
辅助检查工具
👉 格式化检查 fmt ⭐⭐⭐ rustfmt 检查未格式化的代码
👉 供应链审查
audit ⭐⭐⭐ cargo-audit 检查是否存在已报告安全漏洞的依赖版本
udeps ⭐⭐ 尽可能消除无用的依赖
outdated ⭐ 尽可能使用最新的依赖
👉 代码统计 geiger ⭐ 尽可能警惕不安全代码
👉 版本语义检查 semver ⭐⭐ semver crate 一个严肃的发版应该遵循语义化版本控制

AI 辅助开发

近些年来 AI 辅助开发工具已经逐渐成熟，并开始在开发过程中发挥重要作用。我们将介绍一些可用的 AI 工具，并介绍如何使用它们来辅助开发。

与 Chatbot 交互

近年来，Chatbot 已经逐渐成为开发者的得力助手。通过与 Chatbot 交互，开发者可以快速获取信息、解决问题，从而提高开发效率。

国内 Chatbot 的使用门槛较低，方便同学们快速上手使用，其包括：

对于有兴趣的同学，还可以尝试使用国外一些较为知名的 Chatbot，包括：

国外的 Chatbot 常需要使用特殊手段进行访问、注册，同学们可以自行搜索相关方法。

你可以通过和 Chatbot 交互来解决自己的知识困惑，或协助完成一些调试任务。在本课程中，允许使用 Chatbot 的场景详见使用原则。

将 AI 集成到 IDE

IDE 全称为 Integrated development environment（集成开发环境），是一种辅助程序开发人员开发软件的应用软件。它通常集成了多个功能组件，比如：

  • 代码编辑器（Code Editor）

  • 调试器（Debugger）

  • 自动补全 / 语法高亮 / 重构工具

  • 项目资源管理器（Project Explorer）

你可以把 IDE 理解为开发者的工具台：所有工具都在一个地方，可以直接编译运行、排查 bug、搜索符号、自动补全等。值得强调的是，对于不同的开发需求（如不同编程语言、图形化等），可能会有不同的适配 IDE。本课程建议大家使用 VSCode 进行开发，在大家熟悉 VSCode 后，可以尝试使用其他 IDE，如 XCode、JetBrains 系列等。

将 AI 集成到 IDE 中，可以显著提高开发效率。例如，在 VSCode 中可以安装 GitHub Copilot 等插件，从而达到生成注释、补全代码等目的。你可以在 VSCode 的扩展商店中输入 Copilot 进行搜索，并安装对应的扩展。安装完成之后，你可以尝试使用 Copilot 的代码补全功能。下图是一个示例。

Copilot-Completion

在上图示例中，我们在第 4 行给出了对 a 和 b 运算的目标（即计算 a 和 b 的和），此时 Copilot 会以灰体的形式给出一个代码补全的建议，我们可以按下 Tab 按键以接受这个建议，此时代码会自动补全为：

fn main() {
    let a = 1;
    let b = 2;
    // 计算 a 和 b 的和
    let sum = a + b;
}

GitHub Copilot 学生身份激活

GitHub Copilot 需要付费使用，但我们可以申请以学生身份免费访问 Copilot Pro，详见以学生、教师或维护者身份免费访问 Copilot Pro。

使用原则

AI 的功能很强大，但是我们不能完全依赖 AI 来完成开发。我们使用 AI 工具的原则是：学生本人必须参与到开发过程中，不能仅仅把题目贴给 AI 去完成，而要参与到开发当中，与 AI 协同开发，引导 AI 完成各项任务。需要注意的是，AI 提供的答案不一定是正确的。

以下内容是不被允许的：

  • 直接使用 AI 生成作业主体代码：如将作业要求直接输入给 AI，让 AI 给出对应代码。正确的做法是，先分析作业需求，与 AI 交流，形成简要实现思路或详细设计文档，再让 AI 生成代码，最后与 AI 协同调试和改进代码。

  • 使用 AI 翻译、伪原创已有内容，使其看似原创，从而逃避抄袭检测。正确的做法是，自己原创内容，如需引用已有内容，则按照规范进行引用和标注。

  • 使用 AI 生成整篇实验报告，并未经过学生充分理解和改写。正确的做法是，先列出实验报告的大纲，由 AI 结合已有素材进行填充，再通读一遍实验报告，修正有误的表述。

若在核查过程中发现了课程组不允许的行为，将可能以抄袭行为处理，详见抄袭与查重。