Rust でジェネリクス構造体・関数を定義する（任意の型を扱えるようにする）

2023-07-09

ジェネリクスの基本

Rust の ジェネリクス (generics) の仕組みを使うと、任意の型を扱う処理を 1 つのコードで記述することができます。

まずは、ジェネリクスを使っていないコードから見てみます。次のサンプルコードでは、整数型 (i32) の座標値を表現する構造体 Point と、その浮動小数点数型 (f64) バージョンである PointF を定義しています。

ジェネリクスを使わない Point 構造体

/// 整数型の座表値
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

/// 浮動小数点数型の座標値
struct PointF {
    x: f64,
    y: f64,
}

// 使用例
fn main() {
    let p1 = Point { x: 0, y: 5 };
    println!("{}, {}", p1.x, p1.y);

    let p2 = PointF { x: -1.2, y: 7.4 };
    println!("{}, {}", p2.x, p2.y);
}

Rust では、数値だけでも様々なプリミティブ型 (u8, i128, f64, usize, …) で区別して扱うので、このように扱う数値の種類によってコードを書き分けなければいけません。一方の型（上記の例では PointF 構造体）だけで実装しようとすると、as を使ったキャストがいたるところに出てくることになります。

そこでジェネリクスの出番です。ジェネリクスの仕組みでは、構造体や関数の定義時に 型パラメーター を宣言することで、（コンパイル時に決定される）任意の型を扱えるようになります。次のコードは、ジェネリクス版の Point 構造体です。汎用的な型パラメーターの名前としては、T を使うのが慣例となっています。

ジェネリクスを使う場合

struct Point<T> {
    x: T,
    y: T,
}

fn main() {
    let p1 = Point { x: 0, y: 5 }; // Point<i32> とみなされる
    println!("{}, {}", p1.x, p1.y);

    let p2 = Point { x: -1.2, y: 7.4 }; // Point<f64> とみなされる
    println!("{}, {}", p2.x, p2.y);
}

これで、様々な数値型の座標値を、Point というジェネリック構造体 1 つで表現できるようになりました！

複数の型パラメーターを扱う

型パラメーターは任意の数だけカンマで並べて宣言できます。次の Pair 構造体は、任意の型のフィールド first と second を持つ構造体です。 first と second はそれぞれ別の型の値を保持することができます。

ジェネリックな Pair 構造体

struct Pair<TFirst, TSecond> {
    first: TFirst,
    second: TSecond,
}

fn main() {
    let pair1 = Pair { first: "key1", second: "val1" }; // Pair<&str, &str> とみなされる
    println!("{:?}, {:?}", pair1.first, pair1.second); //=> "key1", "val1"

    let pair2 = Pair { first: [1, 2], second: 100 }; // Pair<[i32; 2], i32> とみなされる
    println!("{:?}, {:?}", pair2.first, pair2.second); //=> [1, 2], 100
}

ジェネリクス関数

関数でも型パラメーターを使うことができます。次の swap 関数は、2 つの値を受け取り、その順番を入れ替えたタプルを返します。

簡単なジェネリクス関数の例

/// 2 つの要素の順番を入れ替えたタプルを返す
fn swap<T1, T2>(a: T1, b: T2) -> (T2, T1) {
    (b, a)
}

fn main() {
    let tuple = swap(100, "hello");
    println!("{:?}, {:?}", tuple.0, tuple.1); //=> "hello", 100

    // Destructuring の構文でタプル要素を分解して受け取ることもできる
    let (x, y) = swap(100, "hello");
    println!("{:?}, {:?}", x, y); //=> "hello", 100
}

ちなみに、Rust でプリミティブ型の値をスワップしたいときは、次のようにタプルの destructuring 構文を使うのが簡単です。

let mut a = 1;
let mut b = 2;
(b, a) = (a, b);  // 値のスワップ

2023-07-09