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@yktooo

The Rust Programming Languageを読み進める（6章）

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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。

6章：Enumとパターンマッチング

6.1章：Enumを定義する

Enumの基本的な使い方

// enum
#[derive(Debug)]
enum IpAddrKind {
    V4,
    V6,
}

// 構造体
#[derive(Debug)]
struct IpAddr {
    kind: IpAddrKind,
    address: String,
}

fn main() {
    let home = IpAddr {
        kind: IpAddrKind::V4,
        address: String::from("127.0.0.1"),
    };

    let loopback = IpAddr {
        kind: IpAddrKind::V6,
        address: String::from("::1"),
    };

    println!("{:?}", home);
    println!("{:?}", loopback);
}

IpAddr { kind: V4, address: "127.0.0.1" }
IpAddr { kind: V6, address: "::1" }
  • よくある形のenum定義
  • 他の言語だと列挙型の名前.値という書き方を見ることもあるが、Rustの場合は列挙型の名前::値でアクセス可能

Enumに値を直接定義

#[derive(Debug)]
enum IpAddrDirect {
    V4(String),
    V6(String),
}

#[derive(Debug)]
enum IpAddrDiff {
    V4(u8, u8, u8, u8),
    V6(String),
}

fn main() {
    let home = IpAddrDirect::V4(String::from("127.0.0.1"));
    let loopback = IpAddrDirect::V6(String::from("::1"));

    println!("{:?}", home);
    println!("{:?}", loopback);

    let home = IpAddrDiff::V4(127, 0, 0, 1);
    let loopback = IpAddrDiff::V6(String::from("::1"));

    println!("{:?}", home);
    println!("{:?}", loopback);
}

V4("127.0.0.1")
V6("::1")
V4(127, 0, 0, 1)
V6("::1")
  • 列挙子に直接データを定義することが可能
    • 例：V4(String)に対して、IpAddrDirect::V4(String::from("..."))
  • IpAddrDirectは、各列挙子に直接データを定義している例で、余計に構造体を作らなくても良くなっている
  • また、各列挙子に紐付けるデータの型は異なっていても良く、IpAddrDiffのように異なる型の値を定義することが可能

Enumに構造体を定義

#[derive(Debug)]
enum IpAddr {
    V4(Ipv4Addr),
    V6(Ipv6Addr),
}

#[derive(Debug)]
struct Ipv4Addr {
    address: String,
    maxbit: i32,
}

#[derive(Debug)]
struct Ipv6Addr {
    address: String,
    maxbit: i32,
}

fn main() {
    let ipv4 = IpAddr::V4(Ipv4Addr {
        address: String::from("127.0.0.1"),
        maxbit: 32,
    });

    let ipv6 = IpAddr::V6(Ipv6Addr {
        address: String::from("2001:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B"),
        maxbit: 128,
    });
    println!("{:?}", ipv4);
    println!("{:?}", ipv6);
}

V4(Ipv4Addr { address: "127.0.0.1", maxbit: 32 })
V6(Ipv6Addr { address: "2001:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B", maxbit: 128 })
  • enumの列挙子に数字や文字を格納できる例を1つ前に示したが、構造体も格納することが可能

enumとstructの比較

enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(i32, i32, i32),
}

struct QuitMessage; // ユニット構造体
struct MoveMessage {
    x: i32,
    y: i32,
}
struct WriteMessage(String); // タプル構造体
struct ChangeColorMessage(i32, i32, i32); // タプル構造体
  • 上記2つは、enum or structで4つの機能を定義した例
  • enumを使用することで下記のメリットがあり
    • 型安全：各データ型を1つの型 (Message) として扱える
    • 簡素化：structと比べて関数の重複を避けられる
    • 拡張性：新しい定義を追加する際は、新しいバリアントを追加するだけで済む

implを使ったメソッドの定義

#[derive(Debug)]
enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(i32, i32, i32),
}

impl Message {
    fn call(&self) {
        println!("{:?}", &self);
    }
}

fn main() {
    let m = Message::Write(String::from("hello"));
    let n = Message::Move{x: 10, y: 20};

    m.call();
    n.call();
}

Write("hello")
Move { x: 10, y: 20 }
  • 構造体と同様に、enumでもimplを使ってメソッドを定義可能
  • Messageの列挙子はそれぞれ型が異なるが、implの引数に&selfが取れるため、どのような値に対しても柔軟にprintln!を呼ぶことができている

Option型

fn is_even(number: &i32) -> Option<i32> {
    if number % 2 == 0 {
        return Some(*number);
    }
    None
}

fn main() {
    let number = 10;
    let result = is_even(&number);

    match result {
        Some(even) => println!("{} is even number", even),
        None => println!("even number not found"),
    }
}

10 is even number
  • Optionは、値が存在するかどうかを表現するenum
  • Rustではnullが存在しないため、値が存在しないものに対してはOptionを使用することが慣習

6.2章：match制御フロー演算子

match制御によるenum分岐

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter,
}

fn value_in_cents(coin: Coin) -> u32 {
    match coin {
        Coin::Penny => {
            println!("Lucky penny!");
            1
        },
        Coin::Nickel => 5,
        Coin::Dime => 10,
        Coin::Quarter => 25,
    }
}

fn main() {
    let penny = value_in_cents(Coin::Penny);
    println!("{}", penny);
}

Lucky penny!
1
  • enumの列挙子によって処理を行う場合、matchを使える
  • ifの場合だとboolで判断するのに対して、matchの場合はどのような型でも良い

パターンマッチした値に束縛

#[derive(Debug)]
enum UsState {
    Alabama,
    Alaska,
    Carifornia,
}

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter(UsState),
}

fn value_in_cents(coin: Coin) -> u32 {
    match coin {
        Coin::Penny => 1,
        Coin::Nickel => 5,
        Coin::Dime => 10,
        Coin::Quarter(state) => {
            println!("State quarter from {:?}!", state);
            25
        }
    }
}

fn main() {
    let alaska_quarter = value_in_cents(Coin::Quarter(UsState::Alaska));
    println!("{:?}", alaska_quarter);
}

State quarter from Alaska!
25
  • Quarter(UsState)をenumに追加し、matchの中の条件式に取り込んでいる
  • この時、Coin::Quarter(state)に到達するまでマッチせず、最終的にstateにUsState::Alaskaが束縛される

Optionとのマッチ

fn plus_one(x: Option<i32>) -> Option<i32> {
    match x {
        None => None,
        Some(i) => Some(i + 1),
    }
}

fn main() {
    let five = Some(5);
    println!("{:?}", five);

    let six = plus_one(five);
    println!("{:?}", six);

    let none = plus_one(None);
    println!("{:?}", none);
}

Some(5)
Some(6)
None
  • Optionとマッチさせ、Someに含まれる値を足し算して、新しいSomeの値を生成可能
  • matchとenumは相性がよいため、頻出パターン
  • matchは全てのパターンを書き下す必要があり、例えばOptionでNoneに関する定義を書かない、ということはできない

_というプレースホルダー

fn main() {
    let some_u8_value = 0u8; // 0
    let result = match some_u8_value {
        1 => println!("one"),
        3 => println!("three"),
        5 => println!("five"),
        7 => println!("seven"),
        _ => (),
    };
    
    println!("{:?}", result);
}

()
  • matchで全てのパターンを列挙できないときは、_を使用
  • 1つのパターンしか無い場合にmatchは長すぎるので、その際はこの後に述べるif letを用いる

6.3章：if letによる制御フロー

#[derive(Debug)]
enum UsState {
    Alabama,
    Alaska,
    Carifornia,
}

enum Coin {
    Penny,
    Nickel,
    Dime,
    Quarter(UsState),
}

fn main() {
    let mut count = 0;
    let coin = Coin::Penny;

    // match coin {
    //     Coin::Quarter(state) => println!("State quarter from {:?}!", state),
    //     _ => count += 1,
    // }

    // 上記match式と同じの糖衣構文
    if let Coin::Quarter(state) = coin {
        println!("State quarter from {:?}!", state);
    } else {
        count += 1;
    }

    println!("count: {}", count)
}

count: 1
  • if letはパターンが1つの場合に、matchを簡略化した糖衣構文 (syntax sugar)
    • 余談：等位構文の誤字かと最初は思ったが、syntax sugar（読み書きやすく導入された構文）を糖衣構文と書く
  • デメリットとしては、matchで強制させていたパターン網羅ができない
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