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@yktooo

The Rust Programming Languageを読み進める（7章）

Last updated at Posted at 2024-05-13

はじめに

The Rust Programming Languageを頭から読み進めてみる。読みながら要点をまとめていった記事です。

7章：肥大化していくプロジェクトをパッケージ、クレート、モジュールを利用して管理する

Cargoの構成は下記の画像のようになっている：

image.png
Cargoプロジェクトの構造 (Quoted from "Practical System Programming for Rust Developers," Link)

  • パッケージ
  • クレート（木枠）
    • Cargo.tomlに定義されているビルドの単位
    • 実行バイナリとライブラリの2つに分かれる
  • モジュール
    • モジュールはクレートの要素に対して階層構造を持たせた仕組み
  • パス
    • モジュールの場所を示すための名前

7.1章：パッケージとクレート

  • パッケージは、ある機能群を提供する1つ以上のクレート
  • パッケージは、各クレートをどの様にビルドするかを定義したCargo.tomlを持つ
  • パッケージを作るコマンドと、作った後のツリーは下記の通り
$ cargo new my-project

.
└── my-project
    ├── Cargo.toml
    └── src
        └── main.rs

[package]
name = "my-project"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html

[dependencies]
  • my-projectという名前の、バイナリクレートを持っている状態
    • src/main.rsとsrc/lib.rsがあれば、クレートは2つになる
    • 実行バイナリ
      • エントリポイントを持つ
      • main.rsがクレートルート
    • ライブラリクレート
      • エントリポイントを持たない
      • lib.rsがクレートルート（上記ルートでは定義なし）

7.2章：モジュールを定義して、スコープとプライバシーを制御

  • モジュールはクレートの要素に対して階層構造を持たせた仕組み
  • コードをグループ化することで、可読性と再利用性の向上に貢献
  • 以下はモジュールの定義とモジュールツリーの例
    • modを使って定義し、本体を{}で囲む
    • pub mod xxxやpub fn xxxのように書くことで、public/privateの制御も可能
mod front_of_house {
    mod hosting {
        fn add_to_waitlist() {}
        fn seat_at_table() {}
    }

    mod serving {
        fn take_order() {}
        fn serve_order() {}
        fn take_payment() {}
    }
}

crate
 └── front_of_house
     ├── hosting
     │   ├── add_to_waitlist
     │   └── seat_at_table
     └── serving
         ├── take_order
         ├── serve_order
         └── take_payment

7.3章：モジュールツリーの要素を示すためのパス

絶対パスと相対パス

mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {
            println!("Hi!");
        }
    }
}

pub fn eat_at_restaurant() {
    // 絶対パス
    crate::front_of_house::hosting::add_to_waitlist();
    // 相対パス
    front_of_house::hosting::add_to_waitlist();
}

fn main(){
    eat_at_restaurant();
}

Hi!
Hi!
  • 絶対パスは、crete（ルート）から::でパスを繋いでいく
  • 相対パスは、今のモジュールから::でパスを綱で行く
  • Rustは基本的な要素がデフォルトでPrivate
    • なので、公開する場合はpubキーワードを使う

相対パスをsuperで始める

fn serve_order() {}

pub mod back_of_house {
    pub fn fix_incorrect_order() {
        cook_order();
        super::serve_order();
        println!("fix incorrect order");
    }

    fn cook_order() {
        println!("cook order");
    }
}

fn main(){
    back_of_house::fix_incorrect_order();
}

cook order
fix incorrect order
  • 親モジュールから始まる相対パスは、super`をつけることで実装できる
  • main()では、次の通りfix_incorrect_order()が呼び出される
    1. 内部の関数のcook_orderが呼ばれる
    2. super、つまりback_of_hosueの親モジュールであるcrateを見つけ、serve_orderを探して見つけて呼ぶ
    3. print文が呼ばれる

構造体とenumを公開する

mod back_of_house {
    #[derive(Debug)]
    pub struct Breakfast {
        pub toast: String,
        seasonal_fruit: String,
    }

    #[derive(Debug)]
    pub enum Appetizer {
        Soup,
        Salad,
    }

    impl Breakfast {
        pub fn summer(toast: &str) -> Breakfast {
            Breakfast {
                toast: String::from(toast),
                seasonal_fruit: String::from("peaches"),
            }
        }
    }
}

pub fn eat_at_restaurant() {
    let mut meal = back_of_house::Breakfast::summer("Rye");
    println!("{:?}", meal);

    meal.toast = String::from("Wheat");
    println!("{:?}", meal);

    // pubを付けない限りエラー
    // println!("{:?}", meal.seasonal_fruit);
    // meal.seasonal_fruit = String::from("blueberries");

    println!("{:?}", back_of_house::Appetizer::Soup);
    println!("{:?}", back_of_house::Appetizer::Salad);
}

fn main() {
    eat_at_restaurant();
}

Breakfast { toast: "Rye", seasonal_fruit: "peaches" }
Breakfast { toast: "Wheat", seasonal_fruit: "peaches" }
Soup
Salad
  • 構造体Breakfastはpubを付けることで公開できるが、フィールドは非公開のままなので、フィールドごとに公開の有無を決めることが出来る
  • 公開されなかったフィールドは、アクセスすることや書き換えることは不可
  • enumはpubで公開すると、フィールドは公開になる
    • 背景としては、1つ1つのバリアントにpubをつけるのが面倒だし、公開されていない方が不変

7.4章：useキーワードでパスをスコープに持ち込む

useを使う

mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {
            println!("Hi!");
        }
    }
}

use crate::front_of_house::hosting;
use std::collections::HashMap;

pub fn eat_at_restaurant() {
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
}

fn main() {
    eat_at_restaurant();

    let mut map = HashMap::new();
    map.insert(1, 2);
    println!("{:?}", map);
}

Hi!
Hi!
Hi!
{1: 2}
  • 7.3章ではfront_of_house::hosting::add_to_waitlist();と呼び出しが長かったが、useを使うとシンボリックリンクを定義でき、hosting::add_to_waitlist();だけで済む
  • use crate::front_of_house::hosting::add_to_waitlist;と定義して、add_to_waitlist();と端的に呼び出すのは慣例ではない。なぜなら、どこのモジュールの話なのかが分からなくなるため
  • pub use crate::front_of_house::hosting;とpub useの定義により外部のコードからアクセスが可能
  • HashMap構造体をスコープに定義しているが、この書き方が慣例

新しい名前をasキーワードで与える

use std::fmt::Result;
use std::io::Result as IoResult;

fn function1() -> Result {
    println!("This is function1!");
    Ok(())
}

fn function2() -> IoResult<()> {
    println!("This is function2!");
    Ok(())
}

fn main() {
    println!("Hello world!");

    if let Err(e) = function1() {
        println!("Error in function1: {:?}", e);
    }

    if let Err(e) = function2() {
        println!("Error in function2: {:?}", e);
    }
}

Hello world!
This is function1!
This is function2!
  • 同じ型を複数使いたい時は、親モジュールを定義する必要がある
    • fn function1() -> Resultとfn function2() -> Resultだと区別ができない
    • なのでfn function1() -> fmt::Resultとfn function2() -> io::Result<()>のように定義する
  • 上記サンプルのように、asと新しいローカル名（エイリアス）を指定すれば名前の衝突を避けられる

外部のパッケージを使う

use rand::Rng;

fn main() {
    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
    println!("rand number: {}", secret_number);
}

rand number: 54
  • Cargo.tomlに追加したクレートはダウンロードされて使用可能になる
  • サンプルの例は、クレートrandのRngトレイトをスコープに持ち込み、rand::thread_rng()関数を呼び出している状態

useのネスト

use std::{cmp::Ordering, io};
use std::io::{self, Write};
  • useを使う時に、use std::cmp::Ordering;, use std::io;と書いていくと長くなる
  • 中括弧でネストすることで、宣言文を削減できる

glob演算子

use std::collections::*;

全ての公開要素をスコープに持ち込みたい時は、glo演算子*を続けて書く

7.5章：モジュールを複数のファイルに分割する

mod front_of_house {
    pub mod hosting {
        pub fn add_to_waitlist() {}
    }
}

use crate::front_of_house::hosting;

pub fn eat_at_restaurant() {
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
}

上記コードについて、下記のように複数のファイルに分割可能

mod front_of_house;

pub use crate::front_of_house::hosting;

pub fn eat_at_restaurant() {
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
    hosting::add_to_waitlist();
}

pub mod hosting {
    pub fn add_to_waitlist() {}
}
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