Rust gewinnt Jahr fuer Jahr an Bedeutung unter professionellen Entwicklern, und die Gruende liegen auf der Hand: garantierte Speichersicherheit zur Kompilierzeit, Leistung auf C++-Niveau und ein modernes, stetig wachsendes Oekosystem. Fuer Entwickler mit Erfahrung in C++, Java oder Python kann Rust anfangs ungewohnt wirken, doch die grundlegenden Konzepte werden schnell intuitiv, sobald sie verstanden sind. Rust war 8 Jahre in Folge die beliebteste Programmiersprache auf Stack Overflow. Von Microsoft, Google, Amazon und Meta fuer kritische Komponenten eingesetzt, bietet Rust Speichersicherheit ohne Garbage Collector. ## Rust-Entwicklungsumgebung einrichten Vor dem Schreiben von Code muss Rust ueber rustup installiert werden, das offizielle Versionsverwaltungstool. ```bash # install.sh # Install Rust via rustup (macOS, Linux) curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh # Verify installation rustc --version cargo --version ``` Cargo ist der Paketmanager und das Build-Tool von Rust. Es vereint die Funktionalitaet von npm, Maven und Make in einem einzigen kohaerenten Werkzeug. ```bash # project-setup.sh # Create a new project cargo new my_project cd my_project # Generated structure: # my_project/ # ├── Cargo.toml # Manifest (like package.json) # └── src/ # └── main.rs # Entry point # Essential commands cargo build # Compile the project cargo run # Compile and run cargo test # Run tests cargo check # Check without building (faster) ``` ## Variablen und Standard-Immutabilitaet in Rust Rust kehrt die uebliche Konvention um: Variablen sind **standardmaessig unveraenderlich**. Dieser Ansatz erzwingt explizites Nachdenken ueber Veraenderlichkeit und verhindert zahlreiche Fehler. ```rust // variables.rs fn main() { // Immutable by default let x = 5; // x = 6; // Compile error! // Explicitly mutable variable let mut y = 5; y = 6; // OK // Shadowing: redeclaration in the same scope let x = x + 1; // Creates a new variable x let x = x * 2; // x is now 12 // Shadowing also allows changing the type let spaces = " "; // &str let spaces = spaces.len(); // usize } ``` Shadowing erstellt eine neue Variable, im Gegensatz zu `mut`, das den bestehenden Wert veraendert. Shadowing ermoeglicht die Transformation eines Wertes unter Beibehaltung eines klaren Namens. ## Fundamentale Datentypen der Sprache Rust Rust ist statisch typisiert mit exzellenter Typinferenz. Im Folgenden die wesentlichen primitiven Typen, die jeder Entwickler kennen sollte. ```rust // types.rs fn main() { // Signed integers: i8, i16, i32, i64, i128, isize let age: i32 = 30; // Unsigned integers: u8, u16, u32, u64, u128, usize let count: u64 = 1_000_000; // Underscores for readability // Floats: f32, f64 (default) let pi: f64 = 3.14159; // Boolean let active: bool = true; // Unicode character (4 bytes) let emoji: char = '🦀'; // Tuple: fixed collection of different types let person: (String, i32) = (String::from("Alice"), 28); let (name, age) = person; // Destructuring // Array: fixed size, same type let numbers: [i32; 5] = [1, 2, 3, 4, 5]; let first = numbers[0]; // Slice: view into a portion of data let slice: &[i32] = &numbers[1..4]; // [2, 3, 4] } ``` ## Ownership: Das revolutionaere Konzept von Rust Ownership ist DIE Innovation von Rust. Dieses System garantiert Speichersicherheit ohne Garbage Collector, erfordert jedoch eine anfaengliche Lernkurve. ### Die drei Regeln des Ownership ```rust // ownership.rs fn main() { // Rule 1: Each value has a single owner let s1 = String::from("hello"); // Rule 2: When the owner goes out of scope, the value is freed { let s2 = String::from("world"); // s2 is valid here } // s2 is dropped, no longer accessible // Rule 3: Only one ownership at a time (move) let s3 = s1; // s1 is MOVED to s3 // println!("{}", s1); // Error: s1 is no longer valid! println!("{}", s3); // OK: s3 is the owner } ``` ### Move vs Clone in Rust ```rust // move_clone.rs fn main() { // Simple types (stack): automatic Copy let x = 5; let y = x; // Copy, not move println!("x = {}, y = {}", x, y); // Both are valid // Complex types (heap): Move by default let s1 = String::from("hello"); let s2 = s1; // Move // s1 is no longer usable // Explicit clone to duplicate let s3 = String::from("world"); let s4 = s3.clone(); // Deep copy println!("s3 = {}, s4 = {}", s3, s4); // Both valid } ``` Die Uebergabe eines Wertes an eine Funktion uebertraegt das Ownership. Die Funktion wird zum Eigentuemer und der Wert ist nach dem Aufruf nicht mehr zugaenglich, es sei denn, er wird zurueckgegeben. ```rust // ownership_functions.rs fn main() { let s = String::from("hello"); takes_ownership(s); // println!("{}", s); // Error: s has been moved let x = 5; makes_copy(x); println!("{}", x); // OK: i32 implements Copy // To regain ownership, return the value let s2 = String::from("hello"); let s3 = takes_and_gives_back(s2); println!("{}", s3); // OK } fn takes_ownership(s: String) { println!("{}", s); } // s is dropped here fn makes_copy(x: i32) { println!("{}", x); } fn takes_and_gives_back(s: String) -> String { s // Returns ownership } ``` ## Borrowing: Referenzen ohne Eigentumsuebergabe Borrowing erlaubt die Nutzung eines Wertes, ohne das Ownership zu uebernehmen. Dies ist der im Alltag am haeufigsten verwendete Mechanismus in Rust. ```rust // borrowing.rs fn main() { let s1 = String::from("hello"); // Immutable reference: read-only let len = calculate_length(&s1); println!("Length of '{}': {}", s1, len); // s1 still valid // Mutable reference: modification allowed let mut s2 = String::from("hello"); change(&mut s2); println!("{}", s2); // "hello, world" } fn calculate_length(s: &String) -> usize { s.len() } // s goes out of scope but doesn't drop (it's a reference) fn change(s: &mut String) { s.push_str(", world"); } ``` ### Borrowing-Regeln in Rust ```rust // borrowing_rules.rs fn main() { let mut s = String::from("hello"); // Rule 1: Multiple immutable references simultaneously OK let r1 = &s; let r2 = &s; println!("{} and {}", r1, r2); // Rule 2: ONLY ONE mutable reference at a time let r3 = &mut s; // let r4 = &mut s; // Error: already borrowed mutably println!("{}", r3); // Rule 3: No mutable ref if immutable ref exists let r5 = &s; // let r6 = &mut s; // Error: r5 is still active println!("{}", r5); // Once r5 is used for the last time, mutable borrow is allowed let r7 = &mut s; // OK: r5 is no longer used after this r7.push_str("!"); } ``` ## Lifetimes: Gueltigkeit von Referenzen zur Kompilierzeit Lifetimes stellen sicher, dass Referenzen gueltig bleiben. Der Compiler leitet sie in den meisten Faellen automatisch ab, doch manchmal sind explizite Annotationen erforderlich. ```rust // lifetimes_basic.rs // Classic error: reference to freed data // fn dangling() -> &String { // let s = String::from("hello"); // &s // Error: s will be dropped, invalid reference! // } // Solution: return the owned value fn no_dangle() -> String { let s = String::from("hello"); s // Ownership transferred, no problem } ``` ### Explizite Lifetime-Annotationen ```rust // lifetimes_annotation.rs // The compiler can't figure out which reference will be returned // fn longest(x: &str, y: &str) -> &str { ... } // Error! // Explicit annotation: return lives as long as BOTH x AND y fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str { if x.len() > y.len() { x } else { y } } fn main() { let string1 = String::from("long string"); let result; { let string2 = String::from("xyz"); result = longest(&string1, &string2); println!("Longest: {}", result); // OK here } // println!("{}", result); // Error: string2 dropped } ``` Rust wendet Elisions-Regeln an, um Annotationen in einfachen Faellen zu vermeiden. Fuer den Einstieg genuegt es, den expliziten Fehlermeldungen des Compilers zu folgen. ## Structs und Implementierungen in Rust Structs sind die Bausteine fuer benutzerdefinierte Typen in Rust. ```rust // structs.rs // Struct definition #[derive(Debug)] // Enables printing with {:?} struct User { username: String, email: String, active: bool, sign_in_count: u64, } // Implementation block for methods impl User { // Constructor (convention: fn new or descriptive name) fn new(username: String, email: String) -> Self { Self { username, email, active: true, sign_in_count: 1, } } // Method: takes &self (reference to instance) fn is_active(&self) -> bool { self.active } // Method with mutation: takes &mut self fn deactivate(&mut self) { self.active = false; } // Method consuming self (rare) fn into_username(self) -> String { self.username } } fn main() { let mut user = User::new( String::from("alice"), String::from("alice@example.com"), ); println!("Active: {}", user.is_active()); user.deactivate(); println!("Active: {}", user.is_active()); // Debug print println!("{:?}", user); } ``` ## Enums und Pattern Matching: Algebraische Typen in Rust Die Enums in Rust sind weitaus maechiger als in den meisten anderen Sprachen: Jede Variante kann eigene Daten enthalten. ```rust // enums.rs // Simple enum enum Direction { North, South, East, West, } // Enum with data (algebraic data type) enum Message { Quit, Move { x: i32, y: i32 }, Write(String), ChangeColor(u8, u8, u8), } impl Message { fn process(&self) { match self { Message::Quit => println!("Quitting"), Message::Move { x, y } => println!("Moving to ({}, {})", x, y), Message::Write(text) => println!("Writing: {}", text), Message::ChangeColor(r, g, b) => { println!("Color: rgb({}, {}, {})", r, g, b) } } } } fn main() { let msg = Message::Move { x: 10, y: 20 }; msg.process(); let msg2 = Message::Write(String::from("Hello Rust!")); msg2.process(); } ``` ### Option und Result: Fehlerbehandlung ohne Exceptions ```rust // option_result.rs use std::fs::File; use std::io::{self, Read}; fn main() { // Option: present or absent value (replaces null) let numbers = vec![1, 2, 3]; let first: Option<&i32> = numbers.first(); match first { Some(n) => println!("First: {}", n), None => println!("Empty list"), } // Utility methods let value = first.unwrap_or(&0); let doubled = first.map(|n| n * 2); // Result: success or error let result = read_file("config.txt"); match result { Ok(content) => println!("Content: {}", content), Err(e) => println!("Error: {}", e), } } fn read_file(path: &str) -> Result { let mut file = File::open(path)?; // ? propagates the error let mut content = String::new(); file.read_to_string(&mut content)?; Ok(content) } ``` Der `?`-Operator ist syntaktischer Zucker fuer die Fehlerpropagierung. Er gibt automatisch den Fehler zurueck, wenn das Result Err ist, und entpackt andernfalls den Ok-Wert. ## Traits: Polymorphismus nach Rust-Art Traits definieren gemeinsames Verhalten, aehnlich wie Java-Interfaces oder Swift-Protokolle. ```rust // traits.rs // Trait definition trait Summary { fn summarize(&self) -> String; // Method with default implementation fn preview(&self) -> String { format!("{}...", &self.summarize()[..50.min(self.summarize().len())]) } } struct Article { title: String, author: String, content: String, } struct Tweet { username: String, content: String, } // Implementation for Article impl Summary for Article { fn summarize(&self) -> String { format!("{} by {}", self.title, self.author) } } // Implementation for Tweet impl Summary for Tweet { fn summarize(&self) -> String { format!("@{}: {}", self.username, self.content) } } // Function accepting any type implementing Summary fn notify(item: &impl Summary) { println!("Breaking news: {}", item.summarize()); } // Equivalent syntax with trait bound fn notify_generic(item: &T) { println!("Breaking news: {}", item.summarize()); } fn main() { let article = Article { title: String::from("Rust 2026"), author: String::from("Community"), content: String::from("..."), }; let tweet = Tweet { username: String::from("rustlang"), content: String::from("Rust is awesome!"), }; notify(&article); notify(&tweet); } ``` ## Wesentliche Sammlungen der Standardbibliothek Rust stellt leistungsstarke Sammlungen in der Standardbibliothek bereit. ```rust // collections.rs use std::collections::HashMap; fn main() { // Vec: dynamic array let mut numbers: Vec = Vec::new(); numbers.push(1); numbers.push(2); numbers.push(3); // vec! macro for initialization let nums = vec![1, 2, 3, 4, 5]; // Iteration for n in &nums { println!("{}", n); } // Functional methods let doubled: Vec = nums.iter().map(|x| x * 2).collect(); let sum: i32 = nums.iter().sum(); let evens: Vec<&i32> = nums.iter().filter(|x| *x % 2 == 0).collect(); // String: growable UTF-8 string let mut s = String::from("Hello"); s.push_str(", World!"); s.push('!'); // Concatenation let s1 = String::from("Hello, "); let s2 = String::from("World!"); let s3 = s1 + &s2; // s1 moved, s2 borrowed // or with format! let s4 = format!("{}{}", "Hello, ", "World!"); // HashMap let mut scores: HashMap = HashMap::new(); scores.insert(String::from("Blue"), 10); scores.insert(String::from("Red"), 50); // Access with get (returns Option) if let Some(score) = scores.get("Blue") { println!("Blue: {}", score); } // Entry API for conditional insertion scores.entry(String::from("Yellow")).or_insert(25); } ``` ## Idiomatische Fehlerbehandlung in Rust Korrekte Fehlerbehandlung ist in Rust essenziell. Im Folgenden die empfohlenen Patterns. ```rust // error_handling.rs use std::fs::File; use std::io::{self, Read}; use std::num::ParseIntError; // Define a custom error type #[derive(Debug)] enum AppError { Io(io::Error), Parse(ParseIntError), Custom(String), } // Implement From for automatic conversion impl From for AppError { fn from(err: io::Error) -> Self { AppError::Io(err) } } impl From for AppError { fn from(err: ParseIntError) -> Self { AppError::Parse(err) } } // Function returning Result with custom error fn read_number_from_file(path: &str) -> Result { let mut file = File::open(path)?; // io::Error -> AppError let mut content = String::new(); file.read_to_string(&mut content)?; let number: i32 = content.trim().parse()?; // ParseIntError -> AppError Ok(number) } fn main() { match read_number_from_file("number.txt") { Ok(n) => println!("Number: {}", n), Err(AppError::Io(e)) => println!("IO error: {}", e), Err(AppError::Parse(e)) => println!("Parse error: {}", e), Err(AppError::Custom(msg)) => println!("Error: {}", msg), } } ``` Fuer reale Projekte vereinfachen die Crates `thiserror` (fuer Bibliotheken) und `anyhow` (fuer Anwendungen) die Fehlerbehandlung erheblich. ## Integriertes Testing in der Sprache Rust Rust integriert ein Test-Framework direkt in die Sprache. ```rust // lib.rs pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 { a + b } pub fn divide(a: i32, b: i32) -> Result { if b == 0 { Err(String::from("Division by zero")) } else { Ok(a / b) } } // Test module (compiled only for `cargo test`) #[cfg(test)] mod tests { use super::*; #[test] fn test_add() { assert_eq!(add(2, 3), 5); } #[test] fn test_add_negative() { assert_eq!(add(-1, 1), 0); } #[test] fn test_divide_success() { assert_eq!(divide(10, 2), Ok(5)); } #[test] fn test_divide_by_zero() { assert!(divide(10, 0).is_err()); } #[test] #[should_panic(expected = "index out of bounds")] fn test_panic() { let v = vec![1, 2, 3]; let _ = v[99]; // Panic! } } ``` ## Fazit Rust bietet ein einzigartiges Paradigma, das Speichersicherheit und hohe Leistung vereint. Die Konzepte Ownership und Borrowing wirken anfangs einschraenkend, werden aber mit der Praxis selbstverstaendlich. Der Rust-Compiler ist ein unschaetzbarer Verbuendeter: Seine Fehlermeldungen zaehlen zu den besten der Branche. ### Checkliste fuer den Einstieg - Rust ueber rustup installieren und Cargo beherrschen - Den Unterschied zwischen Immutabilitaet und expliziter Mutabilitaet verstehen - Die drei Regeln des Ownership verinnerlichen - Borrowing mit `&`- und `&mut`-Referenzen ueben - `Option` und `Result` anstelle von null und Exceptions verwenden - Tests mit `#[test]` schreiben Die Rust-Community ist einladend und die Ressourcen sind umfangreich. Das offizielle Buch "The Rust Programming Language" ist kostenlos online verfuegbar. Mit diesen soliden Grundlagen steht der Weg offen, fortgeschrittene Themen wie async/await, Macros und WebAssembly zu erkunden.