Rust 入門 #2 : 所有権システムと可変性

「Rust 入門してる #1」に続き、ぼちぼちと Rust を学んでます。今日は所有権システムと可変性についてのメモです。 4 月 14 日に Rust 1.8 がリリースされたので、バージョン 1.8 のドキュメントを読んでます。 *1

所有権システムについては下記の 3 ページを読みました。

可変性については次のページ。

基本的にはそんなに難しいことは書かれてないですが、後で説明される内容が出てきたり説明があまりうまくなかったりで理解が難しい感じがしますね。まあざっくりと理解して読み進めていけば良さそうです。

Rust の最も独特で感動的な機能であり、Rust 開発者はこれに精通すべきとのこと。
メモリ安全がこの機能の大きな目的である。
コンセプトは次の 3 つ。
- 所有権 (ownership)
- 借用 (borrowing) とそれに関連する機能である「参照 (reference)」
- 生存期間 (lifetimes)

fn foo() {
    let v = vec![1, 2, 3];
}

上の例だと、新しい vector がスタック上に作られ、各要素のためのスペースはヒープ上に生成される。 v がスコープから外れると、Rust は vector に関するリソースを解放する (ヒープに割り当てられたメモリも)。

任意のリソースに対して所有権を持つ束縛は、プログラム中に 1 つしか存在できない？
あるリソースに対して所有権を持つ束縛を別の束縛に割り当てた場合、所有権は新しい束縛に移り、古い束縛経由でリソースにアクセスしようとしてもコンパイルエラーが発生する。

fn foo() {
    let v = vec![1, 2, 3];
    let v2 = v; // 所有権が v から v2 に移る。
    // v 経由で vector の操作をしようとしてもコンパイルエラーになる。
}

上は別の変数束縛への割り当ての例だが、関数の引数として渡す場合もやはり所有権は移る。

単純に引数で所有権を受け取る関数を書いた場合、呼び出し元に所有権を返すために戻り値で所有権を返す必要がある。それはめっちゃ面倒なので、参照を受け取るようにして回避する。

参照はリソースを所有するのではなく、所有権を借りる (借用)。スコープを抜けたときにはリソースを解放するのではなく所有権を返す。

2 種類の参照がある。

通常の参照とミュータブルな参照は同時に存在はできない。通常の参照は同時に複数個存在できるが、ミュータブルな参照は 1 つのみしか存在できない。

参照を使う際には、前置の単項演算子 * を使ってデリファレンスすればよい。ただし、自動でのデリファレンス機能もあるっぽくて、* を使って明示的にデリファレンスしなくてもそのまま使える状況が多いっぽい。 (まだよくわかってない。)

生存期間とは、参照が有効であるスコープを記述するもの。
全ての参照は生存期間を持つが、一般的には明示しなくても良い。 (省略可能。)
特別な生存期間として「static」がある。これはプログラム全体を表す生存期間である。
生存期間を指定する場合、参照を表す型の & の後ろに 'lifetime を付ける。
- 例えば fn calc(val: &'static i32) { ... } という感じ。
ジェネリックパラメータとして生存期間を宣言することもできる。
- 例えば fn calc<'a>(val: &'a i32) { ... } という感じ。

Rust ではシグネチャでの型推論は基本的に禁止されているが、関数のシグネチャにおいては「生存期間の省略」が適用される。
関数の引数に関連する生存期間を入力生存期間 (input lifetime)、関数の戻り値に関連する生存期間を出力生存期間 (output lifetime) という。
「生存期間の省略」のルールは次のとおり。
- 関数の引数のうち、省略された生存期間は全て異なる生存期間のパラメータを持つ。
- 入力生存期間が 1 つのみの場合 (省略されているかどうかに関わらない)、返り値に関連する生存期間のうち省略されているものは全て、入力生存期間と同じ生存期間となる。
- 入力生存期間が複数ある場合でも、引数の 1 つが &self か &mut self の場合は、返り値に関連する生存期間のうち省略されているものは全て、self の生存期間と同じ生存期間となる。 (これはまだよくわかってない。)
- 上記以外は全てエラーとなる。