第0章: Rustの世界へようこそ

Rustは、Mozillaによって開始され、現在はRust Foundationによって管理されているオープンソースのシステムプログラミング言語です。Stack OverflowのDeveloper Surveyで長年「最も愛されている言語」に選ばれ続けているのには理由があります。

Rustの特徴：なぜ学ぶのか？

経験豊富なプログラマにとって、Rustは「トレードオフを解消する」言語として映るはずです。

1. メモリ安全性（Memory Safety）

C/C++ではプログラマの責任であったメモリ管理を、Rustは所有権（Ownership）というコンパイル時のシステムで保証します。

• ガベージコレクタ（GC）は存在しません。
• ランタイムコストなしに、ダングリングポインタや二重解放、バッファオーバーフローをコンパイル段階で防ぎます。

2. ゼロコスト抽象化（Zero-cost Abstractions）

「使わないものにはコストを払わない。使うものについては、手書きのコード以上のコストをかけない」というC++の哲学を継承しています。イテレータや高階関数を使っても、最適化された低レベルコードと同等のパフォーマンスが得られます。

3. 安全な並行性（Fearless Concurrency）

多くの言語で並行処理はバグの温床（データ競合など）ですが、Rustではコンパイラがデータ競合を検知し、コンパイルエラーとして報告します。「コンパイルが通れば、並行性のバグを含んでいる可能性は低い」という安心感を持ってコーディングできます。

開発環境の構築

Rustの開発環境は非常にモダンで、バージョン管理やパッケージ管理が統合されています。

rustup のインストール

Rustのバージョンマネージャである rustup を使用してインストールするのが標準的です。

macOS / Linux / WSL (Windows Subsystem for Linux) の場合：

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

Windowsの場合： 公式サイト（rust-lang.org）から rustup-init.exe をダウンロードして実行します（C++ビルドツールが必要になる場合があります）。

インストール後、以下のコマンドでバージョンが表示されれば成功です。

rustc --version
cargo --version

Hello World (rustc を直接使う)

まずは、ビルドシステムを使わずにコンパイラ rustc を直接叩いて、Rustプログラムの最小単位を見てみましょう。

以下のコードを記述します。

fn main() {
    // !がついているのは関数ではなく「マクロ」の呼び出しです
    println!("Hello, world from rustc!");
}

コンパイルと実行は以下の手順で行います。

1. コンパイル: rustc hello.rs
   • これにより、バイナリファイル（Windowsなら.exe）が生成されます。
2. 実行: ./hello (Windowsなら .\hello.exe)

Hello, world from rustc!

ポイント

• fn main() { ... }: エントリポイントです。引数や戻り値がない場合、このように記述します。
• println!: 末尾に ! がついているのはマクロであることを示しています。Rustでは可変長引数を取る機能などをマクロとして実装しています。
• セミコロン ;: 文の終わりには必須です。

Cargo：Rustのビルドシステムとパッケージマネージャ

実際の開発では rustc を直接使うことは稀です。公式のビルドシステム兼パッケージマネージャである Cargo を使用します。Node.jsにおける npm、Pythonにおける pip + venv のような存在ですが、それ以上にプロジェクトのライフサイクル全体を管理します。

プロジェクトの作成 (cargo new)

新しいプロジェクトを作成します。

cargo new hello_cargo
cd hello_cargo

このコマンドにより、以下のディレクトリ構造が生成されます。

• Cargo.toml: パッケージのマニフェストファイル（依存関係やメタデータを記述）。
• src/main.rs: ソースコード。
• .gitignore: Gitの設定ファイルも自動生成されます。

Cargoの主要コマンド

生成されたプロジェクトで、以下のコマンドを試してみましょう。

1. cargo check

   • 重要: コンパイルが可能かどうかのチェックだけを行い、実行ファイルは生成しません。高速に動作するため、コーディング中の構文チェックとして頻繁に使用します。

2. cargo build

   • デバッグビルドを行います。成果物は target/debug/ に生成されます。コンパイル速度重視で、最適化は行われません。

3. cargo run

   • ビルドと実行を一度に行います。開発中はこれが最も使われます。

4. cargo build --release

   • リリースビルドを行います。target/release/ に生成されます。コンパイル時間は長くなりますが、強力な最適化がかかり、実行速度が劇的に向上します。

src/main.rs の中身は以下のようになっています（生成時デフォルト）。

fn main() {
    println!("Hello, world!");
}

フォーマッタとリンタ

Rustは「公式のスタイル」を重視する言語です。議論の余地をなくすために強力なツールが標準で用意されています。

rustfmt (コードフォーマッタ)

Go言語の gofmt のように、コードを自動整形します。

cargo fmt

多くのエディタ（VS Codeなど）では保存時に自動実行されるよう設定するのが一般的です。

clippy (リンタ)

単なるスタイルチェックだけでなく、パフォーマンスの改善案や、Rustらしい書き方（Idiomatic Rust）を提案してくれます。

cargo clippy

例えば、無駄な計算や非推奨なAPIの使用などを指摘してくれるため、学習中はこのコマンドの警告に従うだけでRustの理解が深まります。