はじめての Rust 入門 Part6 ～コレクションについて学ぶまで～

link です。

高速でセキュリティ的にも安全な言語として Rust が注目を集めています。

今回はそんな Rust の勉強をしていきます。

本記事は Part5 の続きになっています。

想定環境

• Windows 11
• Rust 1.72

Rust のコレクション

Rust の標準ライブラリーにはコレクションと呼ばれるデータ構造が含まれています。

コレクションのデータはヒープに確保され、データサイズがコンパイル時にわかる必要のない可変長のデータです。

本記事では、 Rust のプログラムにおいて、よく使用される以下の 3 つのコレクションについて学んでいきましょう。

• ベクター型
• 文字列型
• HashMap

ベクター型について

ベクター型は Vec<T> で宣言される単一の型の値を複数保持するコレクションです。

空のベクターを新たに作るには、以下のように Vec::new() を呼び出します。

let v: Vec<i32> = Vec::new();

ベクター型はジェネリクスで指定した型の値のリストを保存しています。

また、 Rust には vec! という便利なマクロが用意されています。このマクロは与えた値を保持する新しいベクターを生成します。

let v = vec![1, 2, 3];

このマクロでは i32 型の値を与えたので、コンパイラは v の型が Vec<i32> であると推論してくれるため、型指定は不要です。

ベクターに要素を追加するには push() を使います。

let mut v = Vec::new();

v.push(5);
v.push(6);
v.push(7);
v.push(8);

これまでの変数と同様、 mut で可変にする必要があります。

中に配置する数値はすべて i32 型になっており、 Rust はこのことをデータから推論するので、 Vec<i32> とする必要はありません。

また、構造体と同様に、ベクターもスコープを抜ければ解放されます。

{
  let v = vec![1, 2, 3, 4];

  // v で作業をする
} // <- v はここでスコープを抜け、解放される

Rust の文字列型について

Rustでの文字列型は UTF-8 エンコードになっており、 Rust での「文字列」は String と文字列スライスの &str の両方まとめたものを通常意味します。

let mut s = String::new();

文字列リテラルのように、 Display トレイトを実装する型であれば to_string() メソッドでも生成できます。

あるいは String::from() 関数でも文字列リテラルから String を生成できます。

let data = "initial contents";

let s = data.to_string();

let s = "initial contents".to_string();

let s = String::from("initial contents");

文字列は UTF-8 エンコードされていれば、以下のコードのようにどんな値も扱うことができます。

let hello = String::from("السلام عليكم");
let hello = String::from("Dobrý den");
let hello = String::from("Hello");
let hello = String::from("שָׁלוֹם");
let hello = String::from("नमस्ते");
let hello = String::from("こんにちは");
let hello = String::from("안녕하세요");
let hello = String::from("你好");
let hello = String::from("Olá");
let hello = String::from("Здравствуйте");
let hello = String::from("Hola");

以下のコードのように push_str() メソッドや + 演算子で文字列を追加したり結合したりできます。

let mut s = String::from("foo");
s.push_str("bar");

let s1 = String::from("Hello, ");
let s2 = String::from("world!");
let s3 = s1 + &s2; // s1 はムーブされ、もう使用できないことに注意

s3 への代入時に s2 の参照を使用した理由は、 + 演算子を使用した時に fn add(self, s: &str) -> String が呼ばれるようになっているためです。

Rust の HashMap 型について

HashMap<K, V> 型はハッシュ関数を介して K 型のキーと V 型の値の対応関係を保持します。

HashMap はベクター型のように番号ではなく、どんな型にもなりうるキーを使ってデータを参照したいときに有用です。

これまでのコレクションと同様に new() で新規作成します。 また、 HashMap の要素は insert() で追加できます。

use std::collections::HashMap;

let mut scores = HashMap::new();

scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

HashMap 型を利用するには use std::collections::HashMap を追加する必要があります。 初期化処理で自動的にスコープに導入される機能には含まれていません。

別の生成方法として、タプルのベクター型に対して collect() メソッドを使用するものがあります。 具体的には zip() メソッドを使ってタプルのベクターを作り上げ、 collect() メソッドを使えば変換できます。

use std::collections::HashMap;

let teams  = vec![String::from("Blue"), String::from("Yellow")];
let initial_scores = vec![10, 50];

let scores: HashMap<_, _> = teams.iter().zip(initial_scores.iter()).collect();

ここでは、 HashMap<_, _> という型注釈が必要になります。なぜなら、どの型なのかがわからないため、ワイルドカードを指定する必要があるからです。

get() メソッドでキーを指定することで、 HashMap から値を取り出すことができます。

use std::collections::HashMap;

let mut scores = HashMap::new();

scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

let team_name = String::from("Blue");
let score = scores.get(&team_name);

キーに対応する値が HashMap にない場合、 get() は None を返します。

for ループで HashMap のキーと値のペアの走査もできます。

use std::collections::HashMap;

let mut scores = HashMap::new();

scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Yellow"), 50);

for (key, value) in &scores {
  println!("{}: {}", key, value);
}

キーと値を HashMap に挿入し、同じキーに対して異なる値で挿入したら、そのキーに紐づけられている値は置換されます。

以下のコードのように同じキー Blue に対して異なる値を挿入すると、最後に挿入された {"Blue": 25} が出力されます。

use std::collections::HashMap;

let mut scores = HashMap::new();

scores.insert(String::from("Blue"), 10);
scores.insert(String::from("Blue"), 25);

println!("{:?}", scores);

特定のキーに値があるか確認する entry() と呼ばれる関数があり、これは、引数としてチェックしたいキーを取ります。 この entry() メソッドの戻り値は、 Entry と呼ばれる列挙体であり、これは存在したりしなかったりする可能性のある値を表します。

以下のコードを実行すると、 {"Yellow": 50, "Blue": 10} と出力されます。

use std::collections::HashMap;

let mut scores = HashMap::new();
scores.insert(String::from("Blue"), 10);

scores.entry(String::from("Yellow")).or_insert(50);
scores.entry(String::from("Blue")).or_insert(50);

println!("{:?}", scores);

Entry 上の or_insert() メソッドは、対応する Entry キーが存在した時にそのキーに対する値への可変参照を返すために定義されています。 もしなければ、引数をこのキーの新しい値として挿入し、新しい値への可変参照を返します。

最初の entry() の呼び出しは、まだ Yellow に対する値がないので、値 50 で Yellow のキーを挿入します。 entry の 2 回目の呼び出しは Blue のキーに 10 の値が存在しているため、 HashMap を更新しません。

参考サイト

• The Rust Programming Language 日本語版 - The Rust Programming Language 日本語版

まとめ

今回は Rust のコレクションについて勉強しました。

次回は Rust のジェネリックについて勉強していきます。

それではまた、別の記事でお会いしましょう。