30天拿下Rust之图形编程

简介: 30天拿下Rust之图形编程

概述

Rust语言以其卓越的安全性、性能和可靠性赢得了广大开发者的青睐,逐渐在系统编程、网络服务、游戏开发等领域崭露头角。随着Rust生态的日益繁荣,图形编程领域也涌现出一批优秀的框架和库,使得用Rust进行高效、安全的图形应用开发成为可能。

图形库对比

在Rust中,有多个图形库可供选择,其中一些最流行的包括:GTK-rs、Iced、Egui等。这些库提供了与GPU进行交互的接口,封装了底层的图形API,使得开发者能够更轻松地构建图形应用。下面,我们将分别介绍这些图形库。

GTK-rs:作为GTK的Rust绑定,GTK-rs借助GTK本身的广泛使用和成熟度,提供了跨平台的GUI开发能力。GTK本身在Linux社区尤其流行,因此对于需要在Linux上开发桌面应用的Rust开发者而言,GTK-rs是一个自然的选择。其活跃的社区、良好的文档和稳定的更新,使其保持较高的流行度。

Iced:Iced以其简洁的API设计、现代的外观和对跨平台的支持受到欢迎。它强调快速、可靠和易于定制,适合开发轻量级到中等复杂度的桌面应用。Iced有着活跃的开发进度、详尽的文档和教程,以及相对较大的用户群体,使其在Rust GUI库中占据显著位置。

Druid:Druid提供了一个完整的桌面应用程序框架,结合了Egui图形库,强调高性能和自定义能力。虽然可能不如GTK-rs或Iced那么广为人知,但其新颖的设计理念和特定领域的优秀表现吸引了部分开发者关注。

Egui:Egui是一个即时模式GUI库,以其小巧、易用和跨平台特性受到关注,特别适用于嵌入到游戏和其他应用程序中。Egui的更新频繁,社区活跃度较高,且由于其轻量化和灵活性,可能在某些特定场景下被开发者广泛采用。

Fltk-rs:Fltk-rs作为FLTK C++ GUI库的Rust绑定,以其小巧的尺寸、高效的性能和易用性著称,特别适合开发轻量级工具软件。其简单快速的开发流程和较小的运行时资源占用,可能会吸引一部分追求简洁和高效的开发者。

GTK-rs库的使用

GTK-rs是Rust的一个GTK绑定,它使得Rust开发者能够使用GTK库来创建跨平台的图形用户界面。GTK库本身是一个非常流行且功能强大的GUI库,提供了丰富的控件和布局方式。通过使用GTK-rs,Rust开发者可以享受到GTK的便利和强大功能,同时保留Rust语言的类型安全和内存安全特性。

要使用GTK-rs库,首先,需要在Rust项目中添加GTK-rs的依赖。打开Cargo.toml文件,并添加如下内容。

[dependencies]
gtk = "0.15"

其次,需要先初始化GTK环境,这通常是在main函数的开始处使用gtk::init()方法完成的。

接下来,我们可以通过gtk::ApplicationWindow::new()方法创建一个窗口,并设置其标题和默认尺寸。

GTK-rs库提供了丰富的控件供我们选择,比如:按钮、文本框等。在下面的示例代码中,我们首先创建了一个带有标签的按钮,连接了一个点击事件处理器。当按钮被点击时,它会打印一条消息到控制台。然后,我们将按钮添加到了窗口的内容区域。接下来,我们连接了一个删除事件处理器到窗口。当用户关闭窗口时,这个处理器会被调用,并调用gtk::main_quit来退出事件循环。最后,我们调用gtk::main来启动事件循环。

extern crate gtk;

use gtk::prelude::*;

fn main() {
    if gtk::init().is_err() {
        println!("Unable to initialize GTK.");
        return;
    } 
  
    let window = gtk::ApplicationWindow::new(None::<>k::Application>);
    window.set_title("Demo");
    window.set_default_size(600, 500);

    let btn = gtk::Button::new_with_label("Click me");
    btn.connect_clicked(move |_| {
        println!("Button clicked");
    });
  
    let content = window.get_content_area();
    content.add(&btn);
  
    window.connect_delete_event(|_, _| {
        gtk::main_quit();
        Inhibit(true)
    });

    window.show_all();
    gtk::main();
}

Iced库的使用

Iced是一个用于构建跨平台、高性能用户界面的Rust图形库。它采用了Elm架构和反应式编程模型,使得编写声明式、易于推理的UI代码成为可能。Iced提供了一套丰富的widget库,可用于构建复杂的界面,并且支持原生的窗口系统集成,确保应用程序在Windows、macOS、Linux等平台上具有良好的用户体验。

在Iced库中,引入了一些图像编程相关的基本概念,主要包括:Widgets、Views、Events & Messages、Application Loop。

Widgets

Iced中的UI是由一系列可重用的组件(称为widgets)构建起来的。这些组件包括:按钮、文本、输入框、滑块、列表、表格等各种常见UI元素。每个widget都有自己的状态和样式属性,可以响应用户交互并触发事件。

Views

在Iced中,View是一个函数,它定义了如何根据应用程序的状态生成特定的UI结构。当状态改变时,View函数会被重新调用,生成新的widget树,这种机制确保了UI总是反映最新的应用程序状态。

Events & Messages

用户与UI的交互会产生events,这些事件被传递给应用程序,通常触发状态更新。状态更新通过发送messages来完成,消息是应用程序内部定义的数据结构,用于描述状态变化请求。消息通过update函数处理,并最终导致状态变更和视图重新渲染。

Application Loop

Iced应用程序遵循一个典型的工作循环,主要包括以下三个步骤。

1、Update: 处理传入的消息,更新应用程序状态。

2、Layout: 根据新的状态计算widget树的布局信息。

3、Paint: 使用布局信息和样式渲染widget到屏幕。

要使用Iced库,需要在Rust项目中添加Iced的依赖。打开Cargo.toml文件,并添加如下内容。

[dependencies]

iced = { version = "0.12", features = ["canvas", "tokio", "debug"] }

time = { version = "0.3", features = ["local-offset"] }

1.

2.

3.

在下面的示例代码中,我们实现了一个图形化的模拟时钟应用程序。该应用具备以下三个核心特性。

1、实时更新:应用程序每隔500毫秒通过订阅系统触发一次Message::Tick消息,更新当前显示的时间。

2、自定义外观:在画布(canvas)上绘制模拟时钟,包括:背景色、指针(时针、分针、秒针)及指针宽度。指针长度和旋转角度,与实际时间同步。

3、响应式布局:时钟容器采用响应式设计,填充其父容器的可用空间,并带有内边距。

use iced::executor;
use iced::mouse;
use iced::widget::canvas::{stroke, Cache, Geometry, LineCap, Path, Stroke};
use iced::widget::{canvas, container};
use iced::{
    Application, Color, Command, Element, Length, Point, Rectangle, Renderer,
    Settings, Subscription, Theme, Vector,
};

pub fn main() -> iced::Result {
    Clock::run(Settings {
        antialiasing: true,
        ..Settings::default()
    })
}

struct Clock {
    now: time::OffsetDateTime,
    clock: Cache,
}

#[derive(Debug, Clone, Copy)]
enum Message {
    Tick(time::OffsetDateTime),
}

impl Application for Clock {
    type Executor = executor::Default;
    type Message = Message;
    type Theme = Theme;
    type Flags = ();

    fn new(_flags: ()) -> (Self, Command<Message>) {
        (
            Clock {
                now: time::OffsetDateTime::now_local()
                    .unwrap_or_else(|_| time::OffsetDateTime::now_utc()),
                clock: Cache::default(),
            },
            Command::none(),
        )
    }

    fn title(&self) -> String {
        String::from("Clock")
    }

    fn update(&mut self, message: Message) -> Command<Message> {
        match message {
            Message::Tick(local_time) => {
                let now = local_time;

                if now != self.now {
                    self.now = now;
                    self.clock.clear();
                }
            }
        }

        Command::none()
    }

    fn view(&self) -> Element<Message> {
        let canvas = canvas(self as &Self)
            .width(Length::Fill)
            .height(Length::Fill);

        container(canvas)
            .width(Length::Fill)
            .height(Length::Fill)
            .padding(20)
            .into()
    }

    fn subscription(&self) -> Subscription<Message> {
        iced::time::every(std::time::Duration::from_millis(500)).map(|_| {
            Message::Tick(
                time::OffsetDateTime::now_local()
                    .unwrap_or_else(|_| time::OffsetDateTime::now_utc()),
            )
        })
    }
}

impl<Message> canvas::Program<Message> for Clock {
    type State = ();

    fn draw(
        &self,
        _state: &Self::State,
        renderer: &Renderer,
        _theme: &Theme,
        bounds: Rectangle,
        _cursor: mouse::Cursor,
    ) -> Vec<Geometry> {
        let clock = self.clock.draw(renderer, bounds.size(), |frame| {
            let center = frame.center();
            let radius = frame.width().min(frame.height()) / 2.0;

            let background = Path::circle(center, radius);
            frame.fill(&background, Color::from_rgb8(0x12, 0x93, 0xD8));

            let short_hand =
                Path::line(Point::ORIGIN, Point::new(0.0, -0.5 * radius));

            let long_hand =
                Path::line(Point::ORIGIN, Point::new(0.0, -0.8 * radius));

            let width = radius / 100.0;

            let thin_stroke = || -> Stroke {
                Stroke {
                    width,
                    style: stroke::Style::Solid(Color::WHITE),
                    line_cap: LineCap::Round,
                    ..Stroke::default()
                }
            };

            let wide_stroke = || -> Stroke {
                Stroke {
                    width: width * 3.0,
                    style: stroke::Style::Solid(Color::WHITE),
                    line_cap: LineCap::Round,
                    ..Stroke::default()
                }
            };

            frame.translate(Vector::new(center.x, center.y));

            frame.with_save(|frame| {
                frame.rotate(hand_rotation(self.now.hour(), 12));
                frame.stroke(&short_hand, wide_stroke());
            });

            frame.with_save(|frame| {
                frame.rotate(hand_rotation(self.now.minute(), 60));
                frame.stroke(&long_hand, wide_stroke());
            });

            frame.with_save(|frame| {
                frame.rotate(hand_rotation(self.now.second(), 60));
                frame.stroke(&long_hand, thin_stroke());
            });
        });

        vec![clock]
    }
}

fn hand_rotation(n: u8, total: u8) -> f32 {
    let turns = n as f32 / total as f32;

    2.0 * std::f32::consts::PI * turns
}

执行该程序后,其运行效果大致如下。

image.png

总结

Rust凭借其安全、高性能的特点,以及逐渐成熟的图形库和生态系统,已成为图形编程领域的一股重要力量,适用于从轻量级GUI应用到高性能游戏引擎的各种图形开发场景。随着社区的发展和新技术的融合,Rust在图形编程领域的影响力有望进一步增强。

相关文章
|
14天前
|
Rust 安全 区块链
探索Rust语言:系统编程的新选择
【10月更文挑战第27天】Rust语言以其安全性、性能和并发性在系统编程领域受到广泛关注。本文介绍了Rust的核心特性,如内存安全、高性能和强大的并发模型,以及开发技巧和实用工具,展示了Rust如何改变系统编程的面貌,并展望了其在WebAssembly、区块链和嵌入式系统等领域的未来应用。
|
30天前
|
Rust 算法 安全
如何学习Rust编程?
【10月更文挑战第12天】如何学习Rust编程?
41 1
|
1月前
|
Rust 安全 Java
探索Rust在系统级编程中的应用
【10月更文挑战第9天】Rust语言以其现代化设计、安全性和高性能,在系统级编程领域逐渐崭露头角。本文探讨Rust在操作系统开发、设备驱动、嵌入式系统和网络编程中的应用,介绍其核心优势及实施步骤,帮助读者了解如何在项目中有效利用Rust。
|
1月前
|
Rust 安全 Java
探索Rust在系统编程中的崛起
Rust 是一种由 Mozilla 研究院开发的现代系统编程语言,以其在安全性、并发性和内存管理方面的优势,逐渐成为开发者的新宠。Rust 提供内存安全保证且性能媲美 C/C++,支持跨平台开发,并具备强大的并发编程工具。本文将介绍 Rust 的核心优势、工作原理及实施方法,探讨其在系统编程中的崛起及其面临的挑战。尽管 Rust 学习曲线较陡,但其广泛的应用场景和不断壮大的社区使其成为构建高性能、安全应用的理想选择。
|
2月前
|
Rust 网络协议 安全
Rust在系统编程中的案例分享
Rust在系统编程中的案例分享
55 10
|
3月前
|
Rust 安全 JavaScript
探索Rust在系统编程领域的前景:虚拟机和编译器开发的新篇章
【8月更文挑战第31天】在系统编程领域,性能与安全性至关重要。Rust作为一种新兴语言,凭借其独特的内存安全和并发特性,正逐渐成为虚拟机和编译器开发的首选。本文通过案例分析,探讨Rust在这些领域的应用,例如Facebook的Compiler VM (CVM)项目和实验性的JavaScript JIT编译器Mithril。Rust的静态类型系统和所有权模型确保了高性能和安全性,而其强大的包管理和库生态则简化了虚拟机的开发。随着Rust社区的不断成熟,预计未来将有更多基于Rust的创新项目涌现,推动系统编程的发展。对于追求高性能和安全性的开发者而言,掌握Rust将成为一个重要战略方向。
71 1
|
3月前
|
开发者 vr&ar 机器学习/深度学习
Xamarin 开发者的未来趋势展望:掌握跨平台开发新机遇,引领移动应用创新潮流与技术变革方向
【8月更文挑战第31天】Xamarin 作为领先的跨平台开发框架,通过 C# 和 .NET 框架实现一次编写、多平台运行,简化了 iOS、Android 和 Windows 应用的开发流程。未来几年,Xamarin 开发者将面临跨平台开发普及、云集成、机器学习、AR/VR、性能优化及安全性等关键趋势。通过学习新技术并积极采用新工具,开发者能够提升应用质量和用户体验,如利用 Azure AD B2C 实现身份认证,从而在竞争激烈的市场中脱颖而出。
60 0
|
3月前
|
监控 UED 开发者
从设计到监控:用Xamarin打造高可用性移动应用的实战策略与案例深度剖析
【8月更文挑战第31天】在数字化时代,移动应用成为生活工作的重要组成部分,其稳定性和可靠性至关重要。Xamarin作为跨平台开发框架,已广受认可,但如何确保应用高可用性是开发者面临的挑战。本文以电商应用“SmartShop”为例,从设计、异常处理、性能优化、多线程及测试监控五个方面探讨构建高可用性Xamarin应用的最佳实践。通过模块化设计、有效异常处理、性能优化、多线程技术和全面测试监控,确保应用稳定高效,提升用户体验。
38 0
|
3月前
|
Rust 开发者 C#
解锁Rust高手的秘密武器:模式匹配与宏,学会这一招,编程效率翻倍!
【8月更文挑战第31天】Xamarin 是移动应用开发领域的强大跨平台工具,采用 C# 语言,具备高代码复用性、熟悉开发语言及接近原生性能等优势。开发者可通过共享项目实现多平台业务逻辑复用,简化开发流程。然而,Xamarin 也存在学习曲线陡峭、需处理平台差异及第三方库兼容性等问题。总体而言,Xamarin 在提高开发效率的同时,也对开发者提出了新的挑战。
27 0
|
7天前
|
Rust 安全 Java
探索Rust语言的并发编程模型
探索Rust语言的并发编程模型