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Day 19

Rust Advent Calendar 2025

@twil3akine(Twil3akine)

自作catコマンドで学ぶ"?"について

Last updated at Posted at 2025-12-18

この記事はRust Advent Calendar 2025 シリーズ2 19日目の記事です。

初めに

お久しぶりです、私です。Twil3akineと申すものです。
Rustについて久々に書きます。

前回はRustの所有権についてふわっと書きましたが、今回は?の扱い方について、書いていこうと思ってます。

環境

以下のバージョンを使用しています。

  • Windows11 Home
  • rustc 1.91.1
  • cargo 1.91.1

Rustにおける?とは

Docを読む

The Rust Programming Languageによると、

演算子 例 説明
? expr? エラー委譲

と書いてあるように、?は「エラー委譲」、つまり 「成功したら中身を取り出す、失敗したら即座にエラーを返す」 を行うシンタックスシュガーということです。

具体例

例えば、File::openを真面目にエラーハンドリングすると、

pub fn open<P: AsRef<Path>>(path: P) -> Result<File>

とあるように、Result型を返すので

let file = match File::open("foo.txt") {
    Ok(f) => f, // 成功したら中身を取り出す
    Err(e) => return Err(e), // 失敗したら、エラーをそのまま返す
};

もしくは、

let file = File::open("foo.txt").expect("Failed open file.");

という風になると思いますが、正直めんどくさいと思います。
そこで、?を用いることで以下のようにすっきりします。

let file = File::open("foo.txt")?;

すっきりしましたね。

本題

題材

ということで、そろそろ本題の簡易的な自作catコマンドのコードについて考えます。

use std::env;
use std::fs::File;
use std::io::Read;
use std::process;

fn main() {
    // コマンドライン引数を受け取る
    let args: Vec<String> = env::args().collect();

    // 引数がなかったら異常終了(exit code: 1)として返す
    if args.len() < 2 {
        eprintln!("Usage: {} <filename>", args[0]);
        process::exit(1);
    }

    // コマンドライン引数からファイル名を受け取る
    let file_name = &args[1];

    // 受け取ったファイル名からファイルオブジェクトを作成
    let mut file = File::open(file_name).expect("file not found.");

    // 文字列を作成し、その中に内容を入れていく
    let mut contents = String::new();
    file.read_to_string(&mut contents)
        .expect("something went wrong reading the file.");

    // 出力する
    println!("{}", contents);
}
message.txt
Hi!
I am a Rust beginner!

実行すると、こんな感じになります。

$ cargo run message.txt

Hi!
I am a Rust beginner!


$ cargo run

Usage: cat_command.exe <filename>
error: process did not exit successfully: `cat_command.exe` (exit code: 1)

このコードの嬉しくないところ

  1. ファイルが存在しないとパニックしてしまう
    expectは便利だが、処理に失敗すると即座にパニックを発生させてしまうため、使う立場からすると、エラーログを残したまま急に止まるので、あまり行儀の良いツールとは言えない

  2. エラーハンドリングの責任を放棄している
    expectだと、エラーが起きたその場で問答無用にプログラムが終わってしまうので、
    もし将来、「ファイルがなかったらデフォルト値を使う」みたいな処理を入れたくなった時、expectだとそこで試合終了、復帰ができない

  3. どうせなら、もっとRustっぽく書きたい

などがあると思います。

.expect()を?に置き換えてみる

では、?を使ったコードに変えていきましょう。
さっき具体例を見た感じ「.expect()を?に置き換えたらいいんじゃないか」と思うので、やってみましょう。

use std::env;
use std::fs::File;
use std::io::Read;
use std::process;

fn main() {
    // コマンドライン引数を受け取る
    let args: Vec<String> = env::args().collect();

    // 引数がなかったら異常終了(exit code: 1)として返す
    if args.len() < 2 {
        eprintln!("Usage: {} <filename>", args[0]);
        process::exit(1);
    }

    // コマンドライン引数からファイル名を受け取る
    let file_name = &args[1];

    // 受け取ったファイル名からファイルオブジェクトを作成
-   let mut file = File::open(file_name).expect("file not found.");
+   let mut file = File::open(file_name)?;

    // 文字列を作成し、その中に内容を入れていく
    let mut contents = String::new();
-   file.read_to_string(&mut contents)
-        .expect("something went wrong reading the file.");
+   file.read_to_string(&mut contents)?;

    // 出力する
    println!("{}", contents);
}

実行してみましょう。

$ cargo run message.txt

error[E0277]: the `?` operator can only be used in a function that returns `Result` or `Option` (or another type that implements `FromResidual`)
  --> src\main.rs:20:41
   |
 6 | fn main() {
   | --------- this function should return `Result` or `Option` to accept `?`
...
20 |     let mut file = File::open(file_name)?;
   |                                         ^ cannot use the `?` operator in a function that returns `()`
   |
help: consider adding return type
   |
 6 ~ fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
 7 |     // コマンドライン引数を受け取る
...
26 |     println!("{}", contents);
27 +     Ok(())
   |

error[E0277]: the `?` operator can only be used in a function that returns `Result` or `Option` (or another type that implements `FromResidual`)
  --> src\main.rs:24:39
   |
 6 | fn main() {
   | --------- this function should return `Result` or `Option` to accept `?`
...
24 |     file.read_to_string(&mut contents)?;
   |                                       ^ cannot use the `?` operator in a function that returns `()`
   |
help: consider adding return type
   |
 6 ~ fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
 7 |     // コマンドライン引数を受け取る
...
26 |     println!("{}", contents);
27 +     Ok(())
   |

For more information about this error, try `rustc --explain E0277`.
error: could not compile `cat_command` (bin "cat_command") due to 2 previous errors

なんかエラーメッセージが出ましたね。
エラーメッセージを読んだ感じ、関数の返り値にResult型かOption型を返さないといけない感じがしますね。

Result型を返すように変更する

コンパイラのエラーメッセージ通りに修正してみましょう。

use std::env;
+ use std::error::Error;
use std::fs::File;
use std::io::Read;
use std::process;

- fn main() {
+ fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    // コマンドライン引数を受け取る
    let args: Vec<String> = env::args().collect();

    // 引数がなかったら異常終了(exit code: 1)として返す
    if args.len() < 2 {
        eprintln!("Usage: {} <filename>", args[0]);
        process::exit(1);
    }

    // コマンドライン引数からファイル名を受け取る
    let file_name = &args[1];

    // 受け取ったファイル名からファイルオブジェクトを作成
    let mut file = File::open(file_name)?;

    // 文字列を作成し、その中に内容を入れていく
    let mut contents = String::new();
    file.read_to_string(&mut contents)?;

    // 出力する
    println!("{}", contents);

+   Ok(())
}

とりあえず、実行してみましょう。

$ cargo run message.txt

Hi!
I am a Rust beginner!


$ cargo run

Usage: cat_command.exe <filename>
error: process did not exit successfully: `cat_command.exe` (exit code: 1)

無事に実行できていることが確認できました。

なぜコンパイルエラーが発生したのか

コンパイラのエラーメッセージにもあった通り、Result型を返す関数内でしか?は使えないようです。

なので、

- fn main() {
+ fn main() -> Result<T, E> {
    ...
    // Ok<T>型を返す
    Ok(T)
}

こういう感じでmain関数がResult型を返すようにしないといけなく、今回は返す値がないので、Tには(), Eにはstd::error::Errorが入り、以下のようになるはずと思うのですが、

fn main() -> Result<(), Error> {
    ...
    // 今回はT=()なのでOk<()>型を返す
    Ok(())
}

実際のコードを見ると、Result<(), Box<dyn std::error::Error>>となっています。
Box<dyn std::error::Error>とはいったい何なのでしょうか。

The Rust Programming Languageには、以下のように書かれています。

The Box<dyn Error> type is a trait object, which we'll talk about in "Using Trait Objects to Abstract over Shared Behavior" in Chapter 18. For now, you can read Box<dyn Error> to mean "any kind of error." Using ? on a Result value in a main function with the error type Box<dyn Error> is allowed because it allows any Error value to be returned early.

(中略)

When a main function returns a Result<(), E>, the executable will exit with a value of 0 if main returns Ok(()) and will exit with a nonzero value if main returns an Err value.

要約すると、

  1. 「あらゆる種類のエラー」を扱える
    Box<dyn Error>は「どんな種類のエラーでも入れられる魔法の箱1」のような扱いができ、これでファイル読み込みエラーでも、パースエラーでもなんでも返すことができる。
  2. 終了コードが適切になる
    正常終了(Ok)のときは0、エラー(Err)のときは0以外のステータスコードを返して、プログラムが終了することができる。

と、言う感じらしいです。

これで?を使い方を完全に理解した完全体になりました。あなたは。おめでとうございます。

触れなかったところ

本題で触れなかった?でOptionで返すパターンにも軽く触れておきます。
Result<T, E>に対して、Option<T>となるので、Result型のように返り値の型に気をもむ必要はありません。うれしいですね。

以下は配列内に指定した要素があるかないかを返すコードです。

use std::env;
use std::process;

/// 探したい人をDBに問いかけて、いたら情報を返す
fn find_user(target_name: &str) -> Option<(i32, &'static str)> {
    // DB(今回は代役)
    let users = vec![(0, "Alice"), (1, "Bob"), (2, "Charlie")];

    // 探したい人がいたら返却、いなかったらNone (?で脱出)
    let user = users.iter().find(|&&(_id, name)| name == target_name)?;

    // 見つかったらSomeで包んで返す
    Some(*user)
}

// main関数でOptionを返すことができない
fn main() {
    // コマンドライン引数を受け取る
    let args: Vec<String> = env::args().collect();

    // 引数がなかったら異常終了(exit code: 1)として返す
    if args.len() < 2 {
        eprintln!("Usage: {} <filename>", args[0]);
        process::exit(1);
    }

    // コマンドライン引数からファイル名を受け取る
    let target_name = &args[1];

    // 関数を呼び出す
    match find_user(target_name) {
        Some(user) => println!("Found: ID={} Name={}", user.0, user.1),
        None => println!("User not found."),
    };
}

まとめ

  • ?を用いることで、見るべきところを見やすくなる
  • ?を用いる時は、使用している関数の返り値の型をOption<T>, Result<T, E>にする。また、Result<T, E>を使用するときはEの型に気を付ける
  • Rustは神

  1. 魔法の正体はFromトレイト
    ?は、エラーを返すだけではなく、「関数の戻り値の型に合わせて、エラーの型を自動変換する」というFromトレイトのfrom関数呼び出しを行っている
    今回の場合では、File::openが返すstd::io::Errorは、Fromが実装済みなので、?だけで自動でエラーを返すことができる。 ↩

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