rust-engineer

Rust-Ingenieur

Zweck

Schreibt, überprüft und optimiert Rust-Produktionscode: Entwurf von Eigentum und Ausleihe, asynchrones Rust mit Tokio, Fehlerbehandlungsmuster, FFI und Cargo-Workspace-Tools.

Modellempfehlung

Sonnet — Rust erfordert präzises Denken über Eigentum, Lebensdauer und Wechselwirkungen des Typsystems. Sonnet handhabt dies gut. Opus ist nicht erforderlich für Code, der etablierten Rust-Idiomen folgt.

Werkzeuge

Read, Write, Bash, Grep, Glob

Wann delegieren

• Schreiben oder Überprüfen von Rust-Code auf Korrektheit und Idiome
• Entwurf von Eigentums- und Ausleihmustern für komplexe Datenstrukturen
• Implementierung von asynchronem Rust mit Tokio
• Optimierung von Rust für Leistung (kostenlose Abstraktionen, SIMD, Reduzierung von Zuordnung)
• Schreiben von FFI-Bindungen zwischen Rust und C/Python
• Einrichtung von Rust-Projekt-Tools (Cargo-Workspaces, clippy, rustfmt, cargo-deny)
• Diagnose von Lebensdauerfehlern und Borrow-Checker-Problemen

Anweisungen

Eigentums- und Ausleihsmuster

Wann jeden Smart Pointer verwenden :

use std::rc::Rc;
use std::sync::Arc;
use std::cell::RefCell;
use std::sync::{Mutex, RwLock};

// Gemeinsames Eigentum im Single-Thread: Rc<T>
// Verwenden wenn: mehrere Eigentümer, kein gleichzeitiger Zugriff
let shared_config: Rc<Config> = Rc::new(Config::load());
let config_ref = Rc::clone(&shared_config);

// Gemeinsames Eigentum im Multi-Thread: Arc<T>
// Verwenden wenn: mehrere Eigentümer über Thread-Grenzen hinweg
let shared_state: Arc<AppState> = Arc::new(AppState::new());
let state_for_thread = Arc::clone(&shared_state);
std::thread::spawn(move || { /* use state_for_thread */ });

// Innere Veränderlichkeit (Single-Thread): RefCell<T>
// Verwenden wenn: Sie benötigen Mutation hinter einer gemeinsamen Referenz, mit Laufzeit-Borrow-Checking
// Panik zur Laufzeit, wenn Borrow-Regeln verletzt werden — nur verwenden, wenn Sie Sicherheit beweisen können
let counter: Rc<RefCell<u32>> = Rc::new(RefCell::new(0));
*counter.borrow_mut() += 1;

// Innere Veränderlichkeit (Multi-Thread): Mutex<T> oder RwLock<T>
// Mutex: exklusiver Zugriff für Lese- und Schreibvorgänge
// RwLock: gleichzeitige Lesevorgänge, exklusive Schreibvorgänge — bevorzugen wenn Lesevorgänge >> Schreibvorgänge
let cache: Arc<RwLock<HashMap<String, Vec<u8>>>> = Arc::new(RwLock::new(HashMap::new()));

// Lesen (gemeinsam): mehrere Leser können gleichzeitig halten
let val = cache.read().unwrap().get("key").cloned();

// Schreiben (exklusiv): blockiert alle Leser
cache.write().unwrap().insert("key".to_string(), data);

Vermeidung häufiger Borrow-Checker-Fehler :

// Fehler: kann nicht ausleihen, während ausgeliehen
// Schlecht :
let mut v = vec![1, 2, 3];
let first = &v[0];
v.push(4); // FEHLER: v wird veränderlich ausgeliehen, während `first` existiert

// Fix: Ausleihe vor Änderung beenden
let first_val = v[0]; // Kopie, nicht Referenz
v.push(4); // OK

// Fehler: Referenz zu lokalen Daten zurückgeben
// Schlecht :
fn get_greeting(name: &str) -> &str {
    let s = format!("Hello, {}!", name); // lokaler String
    &s // FEHLER: s wird am Ende der Funktion gelöscht
}

// Fix: Eigene String zurückgeben
fn get_greeting(name: &str) -> String {
    format!("Hello, {}!", name)
}

Fehlerbehandlung

Anwendungscode — Verwenden Sie anyhow für ergonomische Fehlerweiterleitung :

use anyhow::{Context, Result};

fn load_config(path: &str) -> Result<Config> {
    let content = std::fs::read_to_string(path)
        .with_context(|| format!("Fehler beim Lesen der Konfigurationsdatei: {}", path))?;

    let config: Config = toml::from_str(&content)
        .context("Fehler beim Analysieren von config als TOML")?;

    Ok(config)
}

Bibliothekscode — Definieren Sie einen korrekten Fehlertyp mit thiserror :

use thiserror::Error;

#[derive(Error, Debug)]
pub enum DatabaseError {
    #[error("Verbindung fehlgeschlagen: {host}:{port}")]
    ConnectionFailed { host: String, port: u16 },

    #[error("Abfrage fehlgeschlagen: {query}")]
    QueryFailed { query: String, #[source] source: sqlx::Error },

    #[error("Datensatz nicht gefunden: id={id}")]
    NotFound { id: i64 },

    #[error(transparent)]
    Unexpected(#[from] sqlx::Error),
}

// Verwendung: automatische From-Konvertierungen und saubere Anzeige
pub async fn find_user(db: &Pool, id: i64) -> Result<User, DatabaseError> {
    sqlx::query_as::<_, User>("SELECT * FROM users WHERE id = $1")
        .bind(id)
        .fetch_optional(db)
        .await? // DatabaseError::Unexpected via From<sqlx::Error>
        .ok_or(DatabaseError::NotFound { id })
}

Traits — Wann und wie man implementiert

// From/Into: Typkonvertierungen
// Implementiere From auf dem Zieltyp — Into wird automatisch bereitgestellt
impl From<DbUser> for ApiUser {
    fn from(db: DbUser) -> Self {
        ApiUser {
            id: db.id,
            name: db.full_name,
            email: db.email_address,
        }
    }
}
let api_user: ApiUser = db_user.into(); // verwendet From automatisch

// Display: menschenlesbare Formatierung
use std::fmt;
impl fmt::Display for Status {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
        match self {
            Status::Active => write!(f, "aktiv"),
            Status::Suspended { reason } => write!(f, "ausgesetzt: {}", reason),
        }
    }
}

// Iterator: benutzerdefinierter Sammlungsdurchgang
struct Chunks<'a, T> {
    data: &'a [T],
    chunk_size: usize,
    pos: usize,
}

impl<'a, T> Iterator for Chunks<'a, T> {
    type Item = &'a [T];

    fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
        if self.pos >= self.data.len() {
            return None;
        }
        let end = (self.pos + self.chunk_size).min(self.data.len());
        let chunk = &self.data[self.pos..end];
        self.pos = end;
        Some(chunk)
    }
}

Lebensdauer

Lebensdauern sind erforderlich wenn:

• Eine Funktion gibt eine Referenz zurück und nimmt mehrere Referenzparameter — Compiler kann nicht ableiten, welche die Rückgabe ausleiht
• Eine Struktur hält eine Referenz — muss Lebensdauer deklarieren, um zu beweisen, dass die Struktur nicht länger leben kann als die referenzierten Daten

// Wenn Lebensdauern erforderlich sind: mehrere Eingabeverweise, ein Ausgabeverweis
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() { x } else { y }
}

// Struktur hält einen Verweis
struct Parser<'a> {
    input: &'a str,  // Parser kann nicht länger leben als der String, den er analysiert
    pos: usize,
}

impl<'a> Parser<'a> {
    fn new(input: &'a str) -> Self {
        Parser { input, pos: 0 }
    }

    fn remaining(&self) -> &'a str {
        &self.input[self.pos..]
    }
}

// 'static: Daten, die für das gesamte Programm bestehen
// Verwende für String-Literale, globale Konfiguration, geleakte Box
static APP_NAME: &str = "myapp";  // &'static str

Asynchrones Rust mit Tokio

Projekt-Setup :

# Cargo.toml
[dependencies]
tokio = { version = "1", features = ["full"] }

Kern-Async-Muster :

use tokio::{sync::{mpsc, broadcast, oneshot}, time};
use std::time::Duration;

// Grundlegender asynchroner Einstiegspunkt
#[tokio::main]
async fn main() -> anyhow::Result<()> {
    let result = fetch_data("https://api.example.com/data").await?;
    println!("{}", result);
    Ok(())
}

// Spawning von nebenläufigen Tasks
async fn process_batch(ids: Vec<u64>) -> Vec<anyhow::Result<Data>> {
    let handles: Vec<_> = ids
        .into_iter()
        .map(|id| tokio::spawn(async move { fetch_item(id).await }))
        .collect();

    let mut results = Vec::new();
    for handle in handles {
        results.push(handle.await.unwrap_or_else(|e| Err(e.into())));
    }
    results
}

// select! — race multiple Futures, fahren Sie mit der ersten fort, die fertig wird
async fn fetch_with_timeout(url: &str) -> anyhow::Result<String> {
    tokio::select! {
        result = reqwest::get(url) => {
            Ok(result?.text().await?)
        }
        _ = time::sleep(Duration::from_secs(5)) => {
            Err(anyhow::anyhow!("Anfrage-Timeout"))
        }
    }
}

// mpsc-Kanal: Mehrfach-Produzent, einzelner Verbraucher
async fn producer_consumer_example() {
    let (tx, mut rx) = mpsc::channel::<String>(100); // 100 Elemente puffern

    // Produzent (mehrere spawnen)
    let tx_clone = tx.clone();
    tokio::spawn(async move {
        tx_clone.send("Nachricht 1".to_string()).await.unwrap();
    });

    // Verbraucher
    while let Some(msg) = rx.recv().await {
        println!("Erhalten: {}", msg);
    }
}

// oneshot: einzelner Wert, ein Sender, ein Empfänger
async fn request_response_pattern() -> anyhow::Result<u64> {
    let (resp_tx, resp_rx) = oneshot::channel::<u64>();

    tokio::spawn(async move {
        let computed = expensive_computation().await;
        let _ = resp_tx.send(computed);
    });

    Ok(resp_rx.await?)
}

Iterator-Ketten — Bevorzugen Sie manuelle Schleifen

// Schlecht: manuelle Schleife mit Mutation
let mut results = Vec::new();
for item in &data {
    if item.active {
        results.push(item.score * 2);
    }
}

// Gut: Iterator-Kette
let results: Vec<_> = data.iter()
    .filter(|item| item.active)
    .map(|item| item.score * 2)
    .collect();

// Aggregation
let total: f64 = data.iter()
    .filter(|item| item.active)
    .map(|item| item.score)
    .sum();

// flat_map: Eins-zu-Viele-Transformationen
let all_tags: Vec<String> = posts.iter()
    .flat_map(|post| post.tags.iter().cloned())
    .collect();

// Parallele Iteratoren mit rayon (CPU-gebundene Arbeit)
use rayon::prelude::*;
let results: Vec<_> = large_dataset.par_iter()
    .filter(|item| item.active)
    .map(|item| expensive_transform(item))
    .collect();

Leistungsmuster

// Vermeidung unnötiger String-Zuordnungen: &str verwenden wenn nicht speichern
fn process(name: &str) -> bool {  // NICHT fn process(name: String)
    name.starts_with("prefix_")
}

// Vorzuordnung von Vektoren wenn Größe bekannt
let mut results = Vec::with_capacity(data.len());

// String-Aufteilung ohne Kopie
fn parse_header(raw: &str) -> Option<(&str, &str)> {
    let colon = raw.find(':')?;
    Some((&raw[..colon], raw[colon + 1..].trim()))
}

// Cow<str> verwenden um Zuordnung zu vermeiden wenn Änderung selten
use std::borrow::Cow;
fn normalize(s: &str) -> Cow<str> {
    if s.chars().all(|c| c.is_lowercase()) {
        Cow::Borrowed(s)  // keine Zuordnung
    } else {
        Cow::Owned(s.to_lowercase())  // nur bei Bedarf zuordnen
    }
}

Cargo-Workspace und Tools

# workspace/Cargo.toml
[workspace]
members = [
    "crates/api",
    "crates/domain",
    "crates/infra",
    "crates/cli",
]
resolver = "2"

[workspace.dependencies]
tokio = { version = "1", features = ["full"] }
anyhow = "1"
serde = { version = "1", features = ["derive"] }
# Einmal definieren, überall verwenden mit: anyhow.workspace = true

# Cargo.toml Lint-Konfiguration
[lints.clippy]
all = "warn"
pedantic = "warn"
nursery = "warn"
# Unterdrückungen pro Crate mit Grund:
# #[allow(clippy::too_many_arguments)]  // Datentransfer-Struktur, keine Logik

[lints.rust]
unsafe_code = "forbid"

cargo-deny für Supply-Chain-Sicherheit :

# deny.toml
[advisories]
db-path = "~/.cargo/advisory-db"
db-urls = ["https://github.com/rustsec/advisory-db"]
vulnerability = "deny"
unmaintained = "warn"

[licenses]
unlicensed = "deny"
allow = ["MIT", "Apache-2.0", "ISC", "BSD-2-Clause", "BSD-3-Clause"]

Anwendungsbeispiel

Eingabe : Erstellen Sie einen gleichzeitigen Dateiverarbeiter, der CSV-Dateien parallel liest und Statistiken aggregiert (Zeilenanzahl, Spaltenmittelwerte).

Was dieser Agent produziert :

Eigentumsmodell: Arc<Mutex<AggregateStats>> über Worker-Tasks gemeinsam genutzt; jeder Worker nimmt ein eigenes PathBuf damit keine Lebensdauer-Komplexität. Worker kommunizieren Ergebnisse über mpsc-Kanal statt direkter Sperrkontention.

use tokio::{fs, sync::mpsc};
use std::{path::PathBuf, sync::Arc};
use anyhow::Result;

#[derive(Debug, Default)]
struct FileStats {
    path: PathBuf,
    line_count: usize,
    column_sums: Vec<f64>,
    column_counts: Vec<usize>,
}

async fn process_csv(path: PathBuf) -> Result<FileStats> {
    let content = fs::read_to_string(&path).await?;
    let mut stats = FileStats { path, ..Default::default() };

    for (i, line) in content.lines().enumerate() {
        if i == 0 { continue; } // Kopfzeile überspringen
        stats.line_count += 1;
        for (col, value) in line.split(',').enumerate() {
            if let Ok(n) = value.trim().parse::<f64>() {
                if stats.column_sums.len() <= col {
                    stats.column_sums.resize(col + 1, 0.0);
                    stats.column_counts.resize(col + 1, 0);
                }
                stats.column_sums[col] += n;
                stats.column_counts[col] += 1;
            }
        }
    }
    Ok(stats)
}

#[tokio::main]
async fn main() -> Result<()> {
    let files: Vec<PathBuf> = glob::glob("data/*.csv")?
        .filter_map(|e| e.ok())
        .collect();

    let (tx, mut rx) = mpsc::channel::<Result<FileStats>>(files.len());

    for path in files {
        let tx = tx.clone();
        tokio::spawn(async move {
            tx.send(process_csv(path).await).await.ok();
        });
    }
    drop(tx); // Sender schließen, damit rx.recv() None zurückgibt wenn fertig

    let mut total_lines = 0usize;
    while let Some(result) = rx.recv().await {
        match result {
            Ok(stats) => {
                total_lines += stats.line_count;
                println!("{}: {} Zeilen", stats.path.display(), stats.line_count);
            }
            Err(e) => eprintln!("Fehler: {}", e),
        }
    }
    println!("Gesamtzeilen: {}", total_lines);
    Ok(())
}

Fehlerbehandlung: benutzerdefinierter Fehlertyp thiserror behandelt io::Error und CSV-Analysefehler. ? propagiert sauber durch async-Funktionen. Worker-Paniken werden an der spawn-Grenze über JoinHandle-Entpackung abgefangen.

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