19 mars 2025
Choisir un langage de programmation est une décision cruciale dans le développement logiciel. Rust et C++ sont deux langages puissants souvent comparés, en particulier lorsque les performances et le contrôle bas niveau sont nécessaires. Bien que les deux offrent ces capacités, ils diffèrent considérablement en matière de sécurité mémoire, de concurrence et d'expérience de programmation globale. Cet article propose une comparaison approfondie de Rust et de C++, examinant leurs caractéristiques, leurs avantages, leurs inconvénients et leurs cas d'utilisation idéaux pour aider les développeurs à choisir judicieusement.
C++ a longtemps été dominant dans les domaines critiques en termes de performances comme les systèmes embarqués, le développement de jeux et les noyaux de systèmes d'exploitation. Cependant, son ancienneté a apporté des complexités et des pièges potentiels. Rust, sponsorisé par Mozilla, a été conçu pour relever les défis de C++, en particulier en matière de sécurité mémoire et de concurrence. Rust a gagné du terrain de manière significative, recevant régulièrement des éloges de la part des développeurs et étant adopté par de grandes entreprises technologiques.
La différence la plus cruciale entre Rust et C++ est leur approche de la gestion de la mémoire. C++ utilise traditionnellement la gestion manuelle de la mémoire, donnant aux développeurs un contrôle direct sur l'allocation et la désallocation de la mémoire. Bien que cela offre de la flexibilité, cela introduit des risques d'erreurs liées à la mémoire :
Ces erreurs peuvent entraîner des plantages, des failles de sécurité et un comportement imprévisible. C++ nécessite un codage méticuleux et un débogage extensif pour atténuer ces risques.
Rust adopte une approche différente, en utilisant un système de propriété (ownership) et d'emprunt (borrowing), appliqué au moment de la compilation. Cela assure la sécurité de la mémoire sans ramasse-miettes (garbage collector). Les principes fondamentaux sont :
Le « vérificateur d'emprunt » (borrow checker) de Rust applique ces règles, empêchant de nombreuses erreurs de mémoire courantes en C++. Cela augmente considérablement la sécurité et réduit le débogage.
// Exemple de propriété en Rust
fn main() {
let s1 = String::from("hello"); // s1 est propriétaire de la chaîne de caractères
let s2 = s1; // La propriété est transférée à s2
// println!("{}", s1); // Cela provoquerait une erreur de compilation
// car s1 n'est plus propriétaire des données.
println!("{}", s2); // s2 peut être utilisé ici
}
Le C++ moderne offre des pointeurs intelligents (std::unique_ptr, std::shared_ptr) et l'idiome RAII (Resource Acquisition Is Initialization) pour automatiser la désallocation et prévenir les fuites. Cependant, ceux-ci n'éliminent pas tous les risques. Les garanties de Rust au moment de la compilation offrent un niveau de sécurité supérieur.
// Exemple de pointeur intelligent en C++
#include <iostream>
#include <memory>
int main() {
std::unique_ptr<int> ptr1(new int(10)); // ptr1 est propriétaire de l'entier
// std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr1; // Cela serait une erreur de compilation,
// empêchant les problèmes de double libération.
std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1); // La propriété est *transférée*.
if (ptr1) {
std::cout << *ptr1 << std::endl; // Ne serait pas exécuté car `ptr1` est maintenant nul
}
if (ptr2) {
std::cout << *ptr2 << std::endl; // Affiche 10
}
return 0;
} // ptr2 sort de la portée, et l'entier est automatiquement désalloué.
La concurrence, qui permet à un programme d'exécuter plusieurs tâches simultanément, est une autre différence essentielle. C++ offre une gestion manuelle des threads et une synchronisation (mutex, verrous). Cependant, écrire du code C++ concurrent correct est difficile, les data races étant un problème courant. En C++, les data races peuvent être évitées en utilisant des outils comme std::atomic et std::mutex, mais cela nécessite un effort manuel et minutieux pour garantir l'exactitude.
Le système de propriété et d'emprunt de Rust s'étend à la concurrence. Le vérificateur d'emprunt empêche les data races au moment de la compilation, ce qui rend la programmation concurrente en Rust plus fiable et moins sujette aux erreurs.
// Exemple de concurrence en Rust (utilisation de AtomicUsize)
use std::thread;
use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
use std::sync::Arc;
fn main() {
let counter = Arc::new(AtomicUsize::new(0)); // Compteur partagé et mutable
let mut handles = vec![];
for _ in 0..10 {
let counter = Arc::clone(&counter);
let handle = thread::spawn(move || {
counter.fetch_add(1, Ordering::SeqCst); // Incrémentation atomique
});
handles.push(handle);
}
for handle in handles {
handle.join().unwrap();
}
println!("Result: {}", counter.load(Ordering::SeqCst)); // Affiche 10
}
// Exemple de concurrence en C++ (utilisation de std::atomic)
#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
#include <vector>
int main() {
std::atomic<int> counter(0); // Compteur atomique
std::vector<std::thread> threads;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
threads.emplace_back([&counter]() {
counter++; // Incrémentation atomique
});
}
for (auto& thread : threads) {
thread.join();
}
std::cout << "Result: " << counter << std::endl; // Affiche 10
return 0;
}
Les exemples montrent comment les deux langages gèrent la concurrence, mais les vérifications de Rust au moment de la compilation offrent un avantage significatif en matière de sécurité. L'exemple C++ pourrait avoir des data races si std::atomic n'était pas utilisé.
Rust et C++ sont tous deux connus pour leurs performances élevées. Le contrôle direct de la mémoire et l'accès matériel de bas niveau de C++ contribuent à sa rapidité. Les performances de Rust sont très compétitives, égalant souvent celles de C++ dans les benchmarks. Cependant, en calcul haute performance (HPC), C++ a souvent un avantage grâce à ses optimisations SIMD (Single Instruction, Multiple Data) plus matures.
Les vérifications de sécurité de Rust ont une surcharge d'exécution minimale, souvent négligeable dans les applications réelles. Les gains en matière de sécurité mémoire et de concurrence sûre l'emportent souvent sur cet aspect, en particulier dans les projets complexes.
Dans des scénarios spécialisés, comme le HPC, C++ peut avoir un léger avantage en raison de sa maturité, des optimisations du compilateur et des bibliothèques étendues et hautement optimisées. Cependant, les performances de Rust s'améliorent continuellement et l'écart se réduit.
C++ possède une bibliothèque standard (STL) vaste et mature, offrant de nombreux conteneurs, algorithmes et utilitaires. Cela peut être avantageux, en fournissant des solutions pré-construites. Cependant, la STL inclut des composants plus anciens et peut être complexe.
La bibliothèque standard de Rust est plus minimaliste, mettant l'accent sur les fonctionnalités de base et la sécurité. Les fonctionnalités supplémentaires sont fournies par des « crates » (paquets) gérés par Cargo. Bien que plus jeune que l'écosystème de C++, la communauté de Rust est active et en croissance rapide.
La métaprogrammation (écrire du code qui manipule d'autre code) est puissante dans les deux langages. C++ utilise la métaprogrammation par templates pour les calculs au moment de la compilation et la génération de code. Cependant, les templates C++ peuvent être complexes et augmenter les temps de compilation.
Rust utilise des generics basés sur les traits et des macros. Bien que, à certains égards, moins puissante que les templates C++, l'approche de Rust est souvent plus lisible et cohérente.
Rust et C++ gèrent les erreurs différemment. Rust utilise le type Result, favorisant la vérification explicite des erreurs. Cela rend la gestion des erreurs prévisible et réduit les exceptions inattendues.
// Exemple de Result en Rust
fn divide(x: f64, y: f64) -> Result<f64, String> {
if y == 0.0 {
Err("Cannot divide by zero".to_string())
} else {
Ok(x / y)
}
}
fn main() {
match divide(10.0, 2.0) {
Ok(result) => println!("Result: {}", result),
Err(err) => println!("Error: {}", err),
}
match divide(5.0, 0.0) {
Ok(result) => println!("Result: {}", result), // Ne sera pas atteint
Err(err) => println!("Error: {}", err), // Affiche "Error: Cannot divide by zero"
}
}
C++ utilise traditionnellement les exceptions. Les exceptions peuvent avoir une surcharge de performance et entraîner des fuites de ressources si elles ne sont pas gérées avec soin. Le C++ moderne offre également std::optional et, depuis C++ 23, std::expected, permettant un style de gestion des erreurs plus explicite, similaire au Result de Rust. Cependant, std::expected est encore relativement nouveau et n'est pas encore largement utilisé dans de nombreux codes C++.
//Exemple d'exception C++ et std::optional
#include <iostream>
#include <optional>
#include <stdexcept>
double divide_exception(double x, double y) {
if (y == 0.0) {
throw std::runtime_error("Cannot divide by zero");
}
return x / y;
}
std::optional<double> divide_optional(double x, double y) {
if (y == 0.0) {
return std::nullopt;
}
return x / y;
}
int main() {
try {
std::cout << divide_exception(10.0,2.0) << std::endl;
std::cout << divide_exception(1.0,0.0) << std::endl;
}
catch (const std::runtime_error& error)
{
std::cout << "Error:" << error.what() << std::endl;
}
if (auto result = divide_optional(5.0, 2.0)) {
std::cout << "Result: " << *result << std::endl;
}
if (auto result = divide_optional(5.0, 0.0)) {
// Ce bloc ne sera pas exécuté
} else {
std::cout << "Cannot divide by zero (optional)" << std::endl;
}
return 0;
}
La compilation de Rust est modulaire, avec les « crates » comme unité fondamentale. Cela permet des builds incrémentaux plus rapides et une meilleure gestion des dépendances. C++ utilise traditionnellement un modèle basé sur le préprocesseur avec une compilation séparée. Bien que flexible, cela peut entraîner des temps de build plus lents, en particulier dans les grands projets. C++20 a introduit les modules pour résoudre ce problème, mais leur adoption est en cours.
La syntaxe de Rust est similaire à celle de C et C++, ce qui la rend accessible aux développeurs C++. Cependant, Rust incorpore des influences de la programmation fonctionnelle, ce qui donne un style plus moderne.
Les deux langages supportent la programmation orientée objet (POO), mais différemment. C++ est multi-paradigme, avec des classes, de l'héritage et du polymorphisme. Rust utilise des structures, des énumérations, des traits et des méthodes pour la POO, mais sans l'héritage de classe traditionnel. L'approche de Rust est souvent considérée comme plus flexible et évite les complexités de l'héritage C++.
Bien que Rust offre de nombreux avantages, il est important de reconnaître ses inconvénients :
Rust est bien adapté pour :
C++ reste un choix solide pour :
Rust et C++ vont probablement coexister. La large base de code de C++ et son utilisation dans des domaines critiques en termes de performances garantissent sa pertinence continue. Cependant, Rust gagne du terrain là où la sécurité mémoire et la concurrence sont primordiales. Un passage progressif vers Rust est probable dans certains domaines, en particulier pour les nouveaux projets où la sécurité est primordiale.
Le choix entre Rust et C++ dépend des priorités de votre projet. Rust offre une approche moderne, axée sur la sécurité, ce qui le rend idéal pour les développeurs qui accordent de l'importance à la sécurité mémoire, à la concurrence et à une expérience de développement rationalisée. C++, avec ses performances inégalées et son contrôle précis, reste le choix incontournable pour les scénarios où la vitesse brute et la compatibilité avec l'existant sont essentielles. Les deux langages sont puissants à leur manière, et le meilleur choix dépend du problème que vous résolvez. Dans certains cas, tirer parti de l'interopérabilité des deux peut même vous offrir le meilleur des deux mondes. En fin de compte, il s'agit de choisir le bon outil pour le travail, et Rust et C++ ont tous deux beaucoup à offrir.