【Rust】ジェネリクスの型パラメータってどこに書いたらいいの

Rustを学び始めると、ジェネリクス（総称型）の概念とその記法に戸惑うことがあります。特に、ジェネリック型パラメータをどこに配置するべきか—implブロックの後ろに置くべきか、それとも個々のメソッド定義に置くべきか—という点は混乱しやすいです。

ジェネリクスの基本的な配置ルール

Rustでジェネリクスを使用する場合、その配置には下記のルールがあることを認識するとよいです：

1. 構造体全体で使用するジェネリック型パラメータは、構造体名の後に配置します
2. 実装全体（implブロック内の複数のメソッド）で共有されるジェネリック型パラメータは、implキーワードの後に配置します
3. 特定のメソッドでのみ使用される型パラメータは、そのメソッド名の後に配置します

コード例

例1: 構造体とimplブロックのジェネリクス

2つの値を持つPoint構造体の例です：

struct Point<X1, Y1> {
    x: X1,
    y: Y1,
}

impl<X1, Y1> Point<X1, Y1> {
    fn new(x: X1, y: Y1) -> Self {
        Point { x, y }
    }
    
    fn get_x(&self) -> &X1 {
        &self.x
    }
    
    fn get_y(&self) -> &Y1 {
        &self.y
    }
}

ここでは、X1とY1というジェネリック型パラメータを構造体定義で使用し、同じパラメータをimplブロックでも使用しています。これらのパラメータはimplブロック内のすべてのメソッドで共有され、メソッド間で一貫性のある型として扱われます。

例2: メソッド固有のジェネリクス

次に、特定のメソッドだけで使用するジェネリック型パラメータの例を見てみましょう：

struct Point<X1, Y1> {
    x: X1,
    y: Y1,
}

impl<X1, Y1> Point<X1, Y1> {
    fn mixup<X2, Y2>(self, other: Point<X2, Y2>) -> Point<X1, Y2> {
        Point {
            x: self.x,
            y: other.y,
        }
    }
}

この例では、mixupメソッドが別のPointインスタンスを引数に取り、新しいPointを返します。ここで重要なのは：

• X1とY1は構造体とimplブロック全体で共有される型パラメータ
• X2とY2はmixupメソッド固有の型パラメータで、このメソッドの中でのみ有効

このメソッドは2つの異なるPointインスタンスの値を組み合わせて、新しいPointインスタンスを作成します。

なぜimplブロックにすべての型パラメータを置けないのか？

どうせならimplブロックで全ての型パラメータを指定しておけばいいと思いませんか？しかし次のようなコードを書くとエラーに遭遇します：

// このコードはコンパイルエラーになります
struct Point<X1, Y1> {
    x: X1,
    y: Y1,
}

impl<X1, Y1, X2, Y2> Point<X1, Y1> {
    fn mixup(self, other: Point<X2, Y2>) -> Point<X1, Y2> {
        Point {
            x: self.x,
            y: other.y,
        }
    }
}

このコードはコンパイルできません。エラーメッセージは以下のようになります：

error[E0207]: the type parameter `X2` is not constrained by the impl trait, self type, or predicates
 --> src/main.rs:6:12
  |
6 | impl<X1, Y1, X2, Y2> Point<X1, Y1> {
  |            ^^ unconstrained type parameter

なぜエラーになるのか？

このエラーが発生する理由は、Rustの型システムの設計に関係しています：

1. implブロックで宣言されたジェネリックパラメータは、「制約される（constrained）」必要があります
2. 「制約される」とは、そのパラメータが実装対象の型（この場合はPoint<X1, Y1>）、トレイト境界、またはwhere節のいずれかで使用されることを意味します
3. X2とY2はこれらのいずれにも登場しないので「制約されていない型パラメータ（unconstrained type parameter）」としてエラーになっています

エラーメッセージが指摘している通り、X2とY2はimplブロックのどこにも「束縛」されていません。これらのパラメータは各メソッド呼び出しごとに異なる型を取る可能性があり、implブロックレベルで固定することができないと考えると、理解しやすいかもしれません。

まとめ

Rustにおけるジェネリクスの配置ルールをまとめると：

1. 構造体全体で共有される型パラメータは構造体名の後に配置
2. implキーワードの後に配置される型パラメータはimplブロック内のすべてのメソッドで共有される
3. 特定のメソッドでのみ使用される型パラメータは、そのメソッド名の後に配置

この区別を理解することで、Rustのジェネリクスをより効果的に活用できるようになりますし、コードの読解力が向上すると思います！

参考資料

• Rustの公式ドキュメント - ジェネリクス
• Rust By Example - ジェネリクス