Erste Schritte mit Rust

Vor ein paar Tagen wollte ich die Programmiersprache Rust ausprobieren. Bei Rust handelt es sich um eine Sprache, welche syntaktisch stark an C angelehnt ist und besonderes Augenmerk auf Sicherheit legt. Die erste Frage, die sich mir stellte, ist, ob es für Rust, eine vernünftige IDE-Unterstützung existiert. Fündig geworden bin ich bei IntelliJ IDEA, welches nach Installation des Rust-Plugins zur Programmierung in der Sprache genutzt werden kann. Debugging von Rust-Programmen wird aus technischen Gründen nur in der JetBrains IDE CLion unterstützt, sodass hier einige Abstriche gemacht werden müssen. Neben der Rust-Integration für IntelliJ IDEA gibt es ebenfalls ein Plugin für Visual Studio Code, welches hier allerdings nicht weiter behandelt werden soll.

Mit dem passenden Plugin beherrscht IntelliJ IDEA Rust.

Neben der eigentlichen IDE wird Rust benötigt. Dieses kann über die offizielle Seite der Sprache bezogen werden. Nach der Installation kann in der IDE ein erstes Projekt angelegt werden. Anschließend findet sich in einem Ordner mit dem Namen src eine Datei mit dem Namen main.rs:

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

In dieser Datei findet sich ein minimales Hello world-Programm. Das Ausrufezeichen hinter dem println zeigt unter Rust an, das es sich um ein Makro handelt. Damit können Methoden und Makros einfach auseinander gehalten werden. Da ich Hello world-Programme immer etwas sinnfrei finde was das Lernen einer neuen Programmiersprache angeht, wollte ich für den ersten Versuch das Spiel Zahlenraten programmieren. Ziel des Spieles ist es eine Zahl zwischen 0 und 1000 zu erraten, welche der Rechner sich ausgedacht hat. Dazu muss im ersten Schritt eine Variable definiert werden, in welcher die zufällige Zahl gespeichert wird. Grundsätzlich sieht eine Variablendefinition und Deklaration unter Rust wie folgt aus:

let name: Typ = Wert;

Variablen in Rust sind immer Konstanten, wenn sie nicht explizit als veränderlich angegeben werden. Möglich ist dies mit dem Schlüsselwort mut:

let mut name: Typ = Wert;

Die Benennung von Variablen und anderen Elementen folgt in Rust einem bestimmten Schema. So werden Variablen snake_case benannt. Neben der Definition der Variable muss eine zufällige Zahl zwischen 0 und 1000 generiert werden. Dazu dient ein Zufallsgenerator, welcher über ein use eingebunden werden muss:

use rand::Rng;

Anschließend kann die Variable definiert und deklariert werden:

let number: u32 = rand::thread_rng().gen_range(0, 1000);

In diesem Fall wird ein vorzeichenloser Integer mit 32 Bit Breite als Datentyp definiert. Wird nun versucht das Rust-Programm zu kompilieren, so wird die Fehlermeldung:

error[E0432]: unresolved import `rand`
 --> src\main.rs:1:5
  |
1 | use rand::Rng;
  |     ^^^^ use of undeclared type or module `rand`

error[E0433]: failed to resolve: use of undeclared type or module `rand`
 --> src\main.rs:4:23
  |
4 |     let number: u32 = rand::thread_rng().gen_range(0, 1000);
  |                       ^^^^ use of undeclared type or module `rand`

error: aborting due to 2 previous errors

auftauchen. Grund hierfür ist, dass das genutzte Paket über den Paketmanager von Rust bezogen werden muss. Pakete werden über den Paketmanager Cargo bezogen. Die entsprechenden Pakete des offiziellen Repositorys sind unter crates.io zu finden. In der Datei Cargo.toml müssen die entsprechenden Abhängigkeiten eingebunden werden:

[dependencies]
rand = "0.7.3"
text_io = "0.1.8"

Neben dem Pseudozufallszahlengenerator, wurde gleich noch das Paket text_io eingebunden, welches später für die Eingabe von Text benötigt wird. Dieses Paket stellt hierbei das Makro read zur Verfügung, mit dessen Hilfe eine Eingabe realisiert werden kann:

let user_number: u32 = read!();

Damit sind die Grundlagen für das Spiel Zahlenraten gelegt und der Rest des Quellcodes ergibt praktisch sich von selbst:

use rand::Rng;
use text_io::read;

fn main() {

    let number: u32 = rand::thread_rng().gen_range(0, 1000);

    let mut running = true;

    println!("Ich habe mir eine Zahl zwischen 0 und 1000 ausgedacht.");

    while running {

        println!("Dein Vorschlag: ");
        let user_number: u32 = read!();

        if number > user_number {
            println!("Meine Zahl ist größer.");
        } else if number < user_number {
            println!("Meine Zahl ist kleiner.");
        } else {
            running = false;
        }
    }

    println!("Du hast die Zahl erraten. Es war die {}.", number);
}

Hervorzuheben ist, das unter Rust in if-Statements und Schleifen keine Klammern benötigt werden. Werden diese trotzdem genutzt, so warnt der Compiler entsprechend und bittet die überflüssigen Klammern zu entfernen.

Neben der entsprechenden Dokumentation auf der offiziellen Seite empfiehlt sich das Rust Cookbook als Quelle für die ersten Schritte unter Rust. Wer Rust einfach mal im Browser ausprobieren möchte, kann hierfür den Rust Playground nutzen.

Vergleichen von Fließkommawerten unter Java

Einen Integerwert unter Java zu vergleichen ist trivial. Man nehme zwei Variablen vom Typ Integer und vergleiche sie, unter Zuhilfenahme des entsprechenden Operators, miteinander:

int a = 7;
int b = 7;

boolean equal = a == b;

Am Ende ist der Wert in der Variable equal true, da die Werte in der Variable a und b identisch sind. Nun könnte das Ganze bei Fließkommazahlen ebenso funktionieren:

double a = 7;
double b = 7;

boolean equal = a == b;

Auch in diesem Fall ist das Ergebnis am Ende true. Trotzdem sollten Fließkommazahlen niemals auf diese Weise verglichen werden. Spätestens bei folgendem Beispiel fällt dies auf:

double a = 4.1 + 0.8;
double b = 5.7 - 0.8;

boolean equal = a == b;

Obwohl beide Rechnungen eigentlich 5,9 ergeben sollten, wird in der Variable equal der Wert false enthalten sein. Hintergrund hierfür ist die Speicherung der Fließkommazahlen. Diese ist im Standard IEEE 754 festgelegt. Bei dieser Darstellung besteht die Zahl aus einem Vorzeichen, einem Exponent und einer Mantisse. Bei der Umwandlung der Dezimalzahl in ihre binäre Darstellung und der Verrechnung kann es zu Ungenauigkeiten (z.B. bei der Rundung im Prozessor) kommen. Wenn diese Werte nun binär verglichen werden, sind sie nicht identisch. Statt durch direkten Vergleich, sollte die “Gleichheit” durch eine Differenzrechnung ermittelt werden:

public static boolean compare(double a, double b) {
    return Math.abs(a - b) < 0.0001; // Diff smaller epsilon?
}

Nachdem die Differenz der beiden Werte gebildet wurde, wird überprüft ob diese kleiner als Epsilon sind. Epsilon stellt den Threshold bzw. eine Schwelle oder Toleranz dar. Solange die Differenz unter diesem Wert liegt, werden beide Werte als identisch angenommen. Natürlich fehlt in dieser Methode noch eine Absicherung gegenüber NaN-Werten.

Statt sich eine solche Methode selber zu schreiben, können Methoden aus bekannten Utility-Bibliotheken wie Guava (DoubleMath.fuzzyCompare) genutzt werden.

JavaScript Integer in Enum umwandeln

In JavaScript ist es durchaus möglich Enums anzulegen:

var Protocol =
{ 
  PAMSG_REGISTER:0x0000, // D version, S username, S password, S email, S captcha response
  APMSG_REGISTER_RESPONSE:0x0002, // B error, S updatehost, S Client data URL, B Character slots
  PAMSG_UNREGISTER:0x0003, // S username, S password
}

Interessant wird es nun, wenn man versucht aus einer Zahl in diesem Beispiel der “2” wieder einen Enum (“APMSG_REGISTER_RESPONSE”) zu erzeugen. Hierbei hilft die Funktion “getEnumFromInteger” welche wie folgt aussieht:

function getEnumFromInteger(enumWithValues, integer)
{
  var keys = Object.keys(enumWithValues);
    
  for (var i=0; i<keys.length; i++)
  {
    if(enumWithValues[keys[i]]==integer) return keys[i];
  }
    
  return null;
}

Damit wird der Enum durchiteriert und der entsprechende Schlüssel, welcher dem Integer entspricht, zurückgegeben.