Rust 编译器与运行时揭秘

第一本从编译器视角系统拆解 Rust 语言核心机制的中文技术专著。

Rust 开发者每天都在使用所有权、借用、trait、async/await——但极少有人真正理解这些机制在编译器内部是如何实现的。为什么 borrow checker 能在编译期捕获悬垂引用？为什么 async fn 的返回值大小在编译期就能确定？为什么泛型函数调用没有运行时开销？

本书不教 Rust 语法。本书拆解 Rust 的编译器行为和运行时机制——从源码到 HIR、MIR、LLVM IR 再到机器码的完整链路中，每一个关键特性是如何被实现的。每一章聚焦一个核心机制，用"你写的代码"与"编译器生成的产物"对照的方式，让你真正理解 Rust 零成本抽象背后的工程实现。

这是 Rust 后端系列的第一本书。理解了 Rust 本身的编译期和运行时机制，后续阅读 Tokio、Axum、Pingora、MeiliSearch、TiKV 等项目的源码时，你将不会在任何 trait bound、lifetime、Pin 上卡住。

适合谁读

• Rust 开发者：已经能写 Rust 代码，但想理解编译器"在背后做了什么"
• 系统程序员：从 C/C++/Go 转向 Rust，想理解所有权模型和零成本抽象的实现原理
• 语言设计爱好者：对编程语言的编译期分析、类型系统、代码生成感兴趣
• 后端工程师：准备深入 Tokio、Axum 等 Rust 生态项目源码，需要先打好语言层面的基础

目录

开篇

• 前言
• 第1章 从源码到机器码：Rust 编译全景

第二部分：所有权与内存

• 第2章 所有权的编译期实现
• 第3章 借用检查器与 NLL 算法
• 第4章 生命周期推导与区域分析
• 第5章 内存布局：struct、enum 与 Niche 优化

第三部分：类型系统与泛型

• 第6章 单态化：泛型的编译期展开
• 第7章 trait 的静态分发与动态分发
• 第8章 trait object 与 vtable 的内存真相

第四部分：异步机制

• 第9章 async/await 的状态机展开
• 第10章 Pin、Waker 与 Future 的运行时协作

第五部分：闭包、unsafe 与 FFI

• 第11章 闭包捕获与 Fn trait 族
• 第12章 unsafe 的边界：编译器在哪里停止检查
• 第13章 FFI 与 ABI 调用约定

第六部分：宏与元编程

• 第14章 声明宏与过程宏的展开机制

第七部分：编译器后端与优化

• 第15章 MIR 优化 Pass 详解
• 第16章 LLVM IR 生成与优化
• 第17章 增量编译与缓存策略

第八部分：总结

• 第18章 Rust 的设计哲学与可迁移模式

源码版本

本书分析基于 Rust 1.88 stable（2026 年 4 月）和对应的 rustc 编译器源码。涉及的 MIR、LLVM IR 等中间表示均通过 cargo rustc -- --emit=mir、--emit=llvm-ir 等工具实际生成，读者可以自行验证。

版权声明

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