러스트 기초 입문 튜토리얼

러스트란 무엇이고 어디에 쓰이는가

러스트는 그레이던 호어(Graydon Hoare)의 개인 프로젝트로 시작해 Mozilla의 후원을 받았고, 2015년에 1.0에 도달했습니다. 지금은 Rust Foundation이 관리합니다. 러스트는 속도와 안정성이 모두 중요한 곳에 쓰입니다. 명령줄 도구(ripgrep), 웹 서비스, Firefox의 브라우저 구성 요소, Linux 커널과 Windows의 일부, 임베디드 기기, WebAssembly 등입니다. 컴파일러는 엄격하지만, 그 대가로 안전한 러스트 코드에서는 해제 후 사용(use-after-free)이나 데이터 레이스 같은 종류의 버그가 아예 발생하지 않습니다.

러스트 설치와 Hello, world 실행

rustup.rs에서 rustup으로 툴체인을 설치하세요. rustc(컴파일러)와 Cargo(빌드 도구 겸 패키지 관리자)가 함께 설치됩니다. 프로젝트를 만듭니다.

cargo new hello
cd hello
cargo run
# Hello, world!

Cargo는 src/main.rs를 생성합니다.

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

println!은 함수가 아니라 매크로라서 !로 끝납니다. 매크로는 컴파일 시점에 코드를 생성하며, 여기서는 컴파일할 때 형식 문자열을 검사합니다.

변수와 기본 자료형

변수는 기본적으로 불변이며, 변경을 허용하려면 mut를 붙입니다. 타입은 대개 추론되지만 모든 값은 정확히 하나의 정적 타입을 가지고, 숫자 변환은 as로 명시적으로 합니다.

fn main() {
    let name = "Ada";
    let mut count = 7;
    count += 1;
    let avg = count as f64 / 2.0;
    println!("{name} has {count} items, avg {avg}"); // Ada has 8 items, avg 4
    let parsed: i32 = "12".parse().unwrap();
    println!("{}", parsed + 1); // 13
}

제어 흐름과 함수

if, match, 블록은 값을 만들어 내는 표현식입니다. 세미콜론 없는 함수의 마지막 표현식이 반환값입니다.

fn square(x: i32) -> i32 {
    x * x
}

fn main() {
    let score = 72;
    let grade = if score >= 90 { "A" } else if score >= 70 { "B" } else { "C" };
    println!("{grade}"); // B

    for i in 0..3 {
        print!("{} ", square(i)); // 0 1 4
    }
    println!();

    let mut n = 10;
    while n > 1 {
        n /= 2;
    }
    let label = loop {
        break "done"; // loop can return a value with break
    };
    println!("{n} {label}"); // 1 done
}

대표 기능: 소유권과 빌림

모든 값에는 정확히 하나의 소유자가 있습니다. 소유자가 스코프를 벗어나면 값은 해제(drop)됩니다. String 같은 힙 값을 다른 변수에 대입하면 이동(move)하며, 이전 이름은 더 이상 쓸 수 없습니다. 소유권을 가져오지 않고 값을 쓰려면 참조로 빌립니다. 한 번에 공유 참조 &T는 여러 개, 가변 참조 &mut T는 정확히 하나만 가질 수 있습니다.

fn length(s: &str) -> usize {
    s.len() // borrows, does not take ownership
}

fn add_exclamation(s: &mut String) {
    s.push('!');
}

fn main() {
    let a = String::from("hello");
    let b = a; // ownership moves to b
    // println!("{a}"); // error: borrow of moved value: `a`
    let mut c = b.clone(); // explicit deep copy
    add_exclamation(&mut c);
    println!("{} {} {}", b, c, length(&c)); // hello hello! 6
}

이 규칙은 컴파일 시점에 빌림 검사기(borrow checker)가 강제하며, 이것이 러스트가 가비지 컬렉터 없이 메모리 안전성을 얻는 방법입니다. 정수 같은 단순한 타입은 Copy를 구현하므로 이동하지 않고 복사됩니다.

구조체, 열거형, 패턴 매칭

구조체는 필드를 묶고 impl 블록은 메서드를 더합니다. 열거형은 각 변형(variant)에 데이터를 담을 수 있고, match는 모든 변형을 처리해야 하며 컴파일러가 이를 검사합니다. 표준 Option<T> 열거형(Some(value) 또는 None)이 null을 대신합니다.

#[derive(Debug)]
struct Point {
    x: f64,
    y: f64,
}

impl Point {
    fn distance(&self) -> f64 {
        (self.x * self.x + self.y * self.y).sqrt()
    }
}

enum Shape {
    Circle(f64),
    Rect { w: f64, h: f64 },
}

fn area(s: &Shape) -> f64 {
    match s {
        Shape::Circle(r) => std::f64::consts::PI * r * r,
        Shape::Rect { w, h } => w * h,
    }
}

fn main() {
    let p = Point { x: 3.0, y: 4.0 };
    println!("{:?} {}", p, p.distance()); // Point { x: 3.0, y: 4.0 } 5
    println!("{}", area(&Shape::Rect { w: 2.0, h: 3.0 })); // 6
    let nums = [10, 20];
    if let Some(v) = nums.first() {
        println!("first is {v}"); // first is 10
    }
}

트레이트는 인터페이스와 비슷하게 공유 동작을 정의합니다. #[derive(Debug)]는 컴파일러에게 Debug 트레이트를 구현하게 하여 {:?}로 구조체를 출력할 수 있게 합니다.

컬렉션: Vec과 HashMap

use std::collections::HashMap;

fn main() {
    let mut nums = vec![3, 1, 2];
    nums.push(5);
    nums.sort();
    println!("{:?} {}", nums, nums.len()); // [1, 2, 3, 5] 4

    let evens: Vec<i32> = nums.iter().filter(|n| *n % 2 == 0).map(|n| n * n).collect();
    println!("{:?}", evens); // [4]

    let mut ages: HashMap<&str, u32> = HashMap::new();
    ages.insert("ann", 31);
    ages.insert("bob", 25);
    *ages.entry("ann").or_insert(0) += 1;
    println!("{:?} {:?}", ages.get("ann"), ages.get("zed")); // Some(32) None
}

filter, map, collect처럼 클로저(|n| ...)를 쓰는 이터레이터는 직접 작성한 반복문만큼 빠른 코드로 컴파일됩니다.

Result와 ?를 이용한 오류 처리

실패할 수 있는 함수는 Ok(value) 또는 Err(error) 중 하나인 Result<T, E>를 반환합니다. ? 연산자는 오류를 호출자에게 즉시 반환하므로 오류 처리 경로가 짧게 유지됩니다. 복구할 수 없는 버그에는 panic!을 사용합니다.

use std::num::ParseIntError;

fn parse_age(text: &str) -> Result<u32, ParseIntError> {
    let age: u32 = text.trim().parse()?; // returns Err early on bad input
    Ok(age)
}

fn main() {
    match parse_age("41") {
        Ok(age) => println!("age {age}"), // age 41
        Err(e) => println!("error: {e}"),
    }
    match parse_age("abc") {
        Ok(age) => println!("age {age}"),
        Err(e) => println!("error: {e}"), // error: invalid digit found in string
    }
}

작은 완성 프로그램: 단어 빈도 세기

이 코드를 src/main.rs에 넣고 cargo run -- notes.txt로 실행하세요.

use std::collections::HashMap;
use std::{env, fs, process};

fn main() {
    let path = env::args().nth(1).unwrap_or_else(|| {
        eprintln!("usage: words FILE");
        process::exit(1);
    });
    let text = match fs::read_to_string(&path) {
        Ok(t) => t.to_lowercase(),
        Err(e) => {
            eprintln!("cannot read {path}: {e}");
            process::exit(1);
        }
    };

    let mut counts: HashMap<&str, usize> = HashMap::new();
    for word in text.split(|c: char| !c.is_alphanumeric()).filter(|w| !w.is_empty()) {
        *counts.entry(word).or_insert(0) += 1;
    }

    let mut top: Vec<(&str, usize)> = counts.into_iter().collect();
    top.sort_by(|a, b| b.1.cmp(&a.1).then(a.0.cmp(b.0)));
    for (word, n) in top.iter().take(5) {
        println!("{n:5}  {word}");
    }
}

HashMap은 text를 빌리는 &str 슬라이스를 저장하므로 단어를 복사하지 않습니다. 빌림 검사기가 text가 충분히 오래 살아 있음을 보장합니다.

초보자가 자주 하는 실수

• 이동된 뒤에 값을 사용하는 경우. 빌리거나(&value) 의도적으로 복제하세요.
• s[0]으로 String을 인덱싱하려는 경우. 문자열은 UTF-8이므로 s.chars()를 쓰거나 문자 경계에서 바이트 슬라이스를 사용하세요.
• Vec에 push하는 동안 그 안의 요소에 대한 참조를 들고 있는 경우. push가 재할당할 수 있으므로 컴파일러가 금지합니다.
• String(소유)과 &str(빌림)을 혼동하는 경우. 함수 매개변수에서 &str을 받으면 둘 다 허용할 수 있습니다.

다음 학습 단계

doc.rust-lang.org에서 무료로 볼 수 있는 "The Rust Programming Language"(흔히 the book이라 부름)를 읽고, 짧은 실행 예제가 있는 Rust by Example을 해 보세요. 그다음 트레이트와 제네릭 심화, 라이프타임, cargo test를 이용한 테스트, 직렬화용 serde와 비동기 프로그램용 tokio 같은 crates.io의 크레이트를 배우세요. cargo clippy를 실행하면 추가 린트 조언을 받을 수 있습니다.