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@yktooo

The Rust Programming Languageを読み進める（1〜2章）

Last updated at Posted at 2024-04-30

はじめに

Rustのコードを、既存コードの横並びで書くことが多い。きちんとドキュメントを読んだことがないので、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。

1章：事始め

Hello world

fn main() {
    println!("Hello, world!");
}
  • Rustのインデントスタイルは4スペース
  • println!は関数呼び出しではなく、マクロ呼び出し
    • let v = vec![1, 2, 3]; は、マクロ無しで書くとv = Vec::new(); v.push(1); v.push(2); ...と長くなる
  • RustはAOT (Ahead-Of-Time) コンパイル言語のため、実行可能ファイルを配布可能
    • AOTコンパイル：実行前に機械語へ変換。実行時は速いが、ソースコードの状態で配布不可
    • JIT (Just in Time) コンパイル：実行時に機械語へ変換。コンパイル時に時間が掛かり最適化もされないが、ソースコードの状態で配布可能

Cargo

[package]
name = "hello_cargo"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]
  • Cargoとは、ビルドシステム＆パッケージマネージャ
    • 依存ライブラリのダウンロードや、付随するビルドを実施
    • 設定ファイルは、TOML (Tom's Obvious Minimal Language) 形式
      • 設定ファイルのフォーマットの一種で、名の通りMinimal化されている
      • [package]：パッケージ情報の定義セクション
      • [dependencies]：依存するパッケージの定義セクション
  • Cargo.lockはビルド時に生成され、ビルド時の全ライブラリのバージョンが記録
  • 主要コマンド
    • cargo new：プロジェクトを作成
    • cargo build：プロジェクトをビルド
    • cargo run:プロジェクトのビルドと実行を1ステップで実施
    • cargo check：バイナリ生成せずプロジェクトをビルド。エラー有無確認などに使う

2章：数当てゲームのプログラミング

数を入力するだけの処理

use std::io;

fn main() {
    println!("Guess the number!"); 
    println!("Please input your guess."); 
    let mut guess = String::new();
    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
        .expect("Failed to read line");
    println!("You guessed: {}", guess); 
}

$ cargo run
   Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///projects/guessing_game)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 6.44s
     Running `target/debug/guessing_game`
Guess the number!
Please input your guess.
6
You guessed: 6

以下、各行の処理に注目する。

use std::io;
  • Rustには多様なライブラリが存在するが、useを取り込むことで取り込める
  • ただし量が多くなることもあるため、Preludeという仕組みも提供している
    • Rustのライブラリをリストとして内包し、使いたいトレイトにアクセスしやすくなる
    • 例：use std::io::prelude::*; 
    let mut guess = String::new();
  • let：変数定義（変数の束縛）
  • mut：Rustの変数がデフォでimmutable（不変）のため、mutable（可変）として定義
  • ::：関連関数。Stringに関連付けられた関数newを呼び出し、戻り値をguessに束縛
    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
  • io::stdin()：標準入力のためのインスタンスを返却
  • read_line(&mut guess)：ユーザからの入力を得て、内容をguessに格納
    • &は引数が参照であることを表し、参照自体が可変。メモリに複数書き込みをせずとも、他のところから同じデータにアクセス可能
    • Rustは変数だけではなく、参照もデフォルトで不変
  • read_line：Result型（列挙型）のOkまたはErrを返す
        .expect("Failed to read line");
  • expect：ReturnされたResult型の結果がOkの場合に値を返し、Errの場合はプログラムが終了
  • expect無しでは、返ってきたResultが使われていないことが警告される

乱数を生成・比較するロジックを加える

use std::io;
use std::cmp::Ordering;
use rand::Rng;

fn main() {
    println!("Guess the number!");
    
    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
    
    loop {
        println!("Please input your guess.");
        println!("The secret number is: {}", secret_number);
        
        let mut guess = String::new();
        io::stdin()
            .read_line(&mut guess)
            .expect("Failed to read line");
    
        let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
            Ok(num) => num,
            Err(_) => continue,
        };
        println!("You guessed: {}", guess);
        
        match guess.cmp(&secret_number) {
            Ordering::Less => println!("Too small!"),
            Ordering::Greater => println!("Too big!"),
            Ordering::Equal => {
                println!("You win!");
                break;
            }
        }
    }
}

$ cargo run
   Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///projects/guessing_game)
    Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.43s
     Running `target/debug/guessing_game`
Guess the number!
The secret number is: 58
Please input your guess.
  76
You guessed: 76
Too big!

以下、各行の処理に注目する。

use rand::Rng;
  • randクレートを使うために、tomlファイルにrand = "0.8.3"を追加
    • ^0.8.3の省略記法であり、0.8.3以上0.9.0未満のバージョンを表す
  • Cargoはセマンティックバージョニングに基づいて取得するパッケージを決定 (X.Y.Z)
    • X：後方互換のないメジャーバージョン
    • Y：後方互換のあるマイナーバージョン
    • Z：後方互換のあるパッチパージョン
  • 常に決まったクレートを使いたければ、Cargo.lockをGit管理にする
  • Cargoはリストアップされているクレートをチェックし、未取得対象があればダウンロード。取得済のクレートは、再度ダウンロードすることがない
    • 参照先はcretes.io (https://crates.io/)
    • cargo updateでバージョンアップデートし、lockファイルに記録
    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
  • rand::thread_rng：乱数生成器の初期化
  • gen_range(low, high)：lowからhigh-1の範囲内で乱数を生成
        let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
            Ok(num) => num,
            Err(_) => continue,
        };
  • 入力した値のguessはString型、一方でsecret_numberは数値型であるため型不一致。そこで、Stringが用意するparseで数値型に変換
  • parseはResultを返すため、matchのErr時（文字列の入力）に再入力させている
    • _はすべての値にマッチ
  • trim()はEnter入力時に改行されるため、\nを消すために使用
  • guessの再代入部分はシャドーイングと呼び、同じスコープ内の変数が再宣言可能
    • let mutを宣言して値を変えるのとは性質が異なり、使用する型自体を変更可能。よって、値は同じだけれど、異なる方として定義したい場合に使用
  • どの型としてシャドーイングしたいかを宣言するため、u32は明示的に必要
    • secret_numberもu32であるべきと推論できる
    match guess.cmp(&secret_number) {
        Ordering::Less => println!("Too small!"),
        Ordering::Greater => println!("Too big!"),
        Ordering::Equal => println!("You win!"),
    }
  • 入力値guessと、乱数で生成したsecret_numberを比較し、Orderingの列挙子を返却
  • matchは式がパターンと一致するか判定
    • パターン => 式をアームと呼ぶ
    • 取り得る値は全て網羅する必要があり、必要に応じて_を使う
  • OrderingはLess, Greater, Equalを持つ列挙型
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