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synced 2026-05-18 14:53:05 +08:00
d66b5fa480
Add files present in zh-CN but missing from ja-JP: - commands: claw, context-budget, devfleet, docs, projects, prompt-optimize, rules-distill (7 files) - skills: regex-vs-llm-structured-text, remotion-video-creation, repo-scan, research-ops, returns-reverse-logistics, rules-distill, rust-patterns, rust-testing, skill-comply, skill-stocktake, social-graph-ranker, swift-actor-persistence, swift-concurrency-6-2, swift-protocol-di-testing, swiftui-patterns, team-builder, terminal-ops, token-budget-advisor, ui-demo, unified-notifications-ops, video-editing, videodb (+reference/*), visa-doc-translate, workspace-surface-audit, x-api (37 files) Result: ja-JP now has 517 files vs zh-CN 412 files. zh-CN parity: 0 missing files (complete parity achieved).
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14 KiB
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500 lines
14 KiB
Markdown
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name: rust-patterns
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description: 慣用的なRustパターン、所有権、エラー処理、トレイト、並行処理、および安全で高性能なアプリケーションを構築するためのベストプラクティス。
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origin: ECC
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# Rust 開発パターン
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安全で高性能かつ保守性の高いアプリケーションを構築するための慣用的なRustパターンとベストプラクティス。
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## 使用場面
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* 新しいRustコードを書く場合
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* Rustコードをレビューする場合
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* 既存のRustコードをリファクタリングする場合
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* クレート構造とモジュールレイアウトを設計する場合
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## 動作原理
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このスキルは6つの重要な領域で慣用的なRustの規約を強制する：コンパイル時のデータ競合防止のための所有権と借用、ライブラリでは`thiserror`、アプリケーションでは`anyhow`を使用した`Result`/`?`エラー伝播、不正な状態を表現不可能にする列挙型と完全パターンマッチング、ゼロコスト抽象化のためのトレイトとジェネリクス、`Arc<Mutex<T>>`、チャンネル、async/awaitによる安全な並行処理、ドメインで整理された最小化された`pub`インターフェース。
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## コア原則
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### 1. 所有権と借用
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Rustの所有権システムはコンパイル時にデータ競合とメモリエラーを防ぐ。
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```rust
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// Good: Pass references when you don't need ownership
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fn process(data: &[u8]) -> usize {
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data.len()
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}
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// Good: Take ownership only when you need to store or consume
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fn store(data: Vec<u8>) -> Record {
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Record { payload: data }
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}
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// Bad: Cloning unnecessarily to avoid borrow checker
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fn process_bad(data: &Vec<u8>) -> usize {
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let cloned = data.clone(); // Wasteful — just borrow
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cloned.len()
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}
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```
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### 柔軟な所有権のための `Cow` の使用
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```rust
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use std::borrow::Cow;
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fn normalize(input: &str) -> Cow<'_, str> {
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if input.contains(' ') {
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Cow::Owned(input.replace(' ', "_"))
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} else {
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Cow::Borrowed(input) // Zero-cost when no mutation needed
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}
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}
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```
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## エラー処理
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### `Result` と `?` を使用する——本番環境では `unwrap()` を絶対に使わない
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```rust
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// Good: Propagate errors with context
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use anyhow::{Context, Result};
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fn load_config(path: &str) -> Result<Config> {
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let content = std::fs::read_to_string(path)
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.with_context(|| format!("failed to read config from {path}"))?;
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let config: Config = toml::from_str(&content)
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.with_context(|| format!("failed to parse config from {path}"))?;
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Ok(config)
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}
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// Bad: Panics on error
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fn load_config_bad(path: &str) -> Config {
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let content = std::fs::read_to_string(path).unwrap(); // Panics!
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||
toml::from_str(&content).unwrap()
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}
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```
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### ライブラリエラーには `thiserror`、アプリケーションエラーには `anyhow`
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```rust
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// Library code: structured, typed errors
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use thiserror::Error;
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#[derive(Debug, Error)]
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pub enum StorageError {
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#[error("record not found: {id}")]
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NotFound { id: String },
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#[error("connection failed")]
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Connection(#[from] std::io::Error),
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#[error("invalid data: {0}")]
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InvalidData(String),
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}
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// Application code: flexible error handling
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use anyhow::{bail, Result};
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fn run() -> Result<()> {
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let config = load_config("app.toml")?;
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if config.workers == 0 {
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bail!("worker count must be > 0");
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}
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Ok(())
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}
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```
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### ネストしたマッチの代わりに `Option` コンビネーターを優先する
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```rust
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// Good: Combinator chain
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fn find_user_email(users: &[User], id: u64) -> Option<String> {
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||
users.iter()
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||
.find(|u| u.id == id)
|
||
.map(|u| u.email.clone())
|
||
}
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||
// Bad: Deeply nested matching
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||
fn find_user_email_bad(users: &[User], id: u64) -> Option<String> {
|
||
match users.iter().find(|u| u.id == id) {
|
||
Some(user) => match &user.email {
|
||
email => Some(email.clone()),
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},
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||
None => None,
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}
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}
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```
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## 列挙型とパターンマッチング
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### 状態を列挙型としてモデル化する
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```rust
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// Good: Impossible states are unrepresentable
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enum ConnectionState {
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Disconnected,
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Connecting { attempt: u32 },
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Connected { session_id: String },
|
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Failed { reason: String, retries: u32 },
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}
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fn handle(state: &ConnectionState) {
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match state {
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ConnectionState::Disconnected => connect(),
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||
ConnectionState::Connecting { attempt } if *attempt > 3 => abort(),
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||
ConnectionState::Connecting { .. } => wait(),
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||
ConnectionState::Connected { session_id } => use_session(session_id),
|
||
ConnectionState::Failed { retries, .. } if *retries < 5 => retry(),
|
||
ConnectionState::Failed { reason, .. } => log_failure(reason),
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||
}
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}
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```
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### 完全マッチング——ビジネスロジックではワイルドカードを使わない
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```rust
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// Good: Handle every variant explicitly
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match command {
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Command::Start => start_service(),
|
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Command::Stop => stop_service(),
|
||
Command::Restart => restart_service(),
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||
// Adding a new variant forces handling here
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}
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||
// Bad: Wildcard hides new variants
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match command {
|
||
Command::Start => start_service(),
|
||
_ => {} // Silently ignores Stop, Restart, and future variants
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||
}
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```
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## トレイトとジェネリクス
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### ジェネリックを受け取り、具体的な型を返す
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```rust
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// Good: Generic input, concrete output
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fn read_all(reader: &mut impl Read) -> std::io::Result<Vec<u8>> {
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let mut buf = Vec::new();
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||
reader.read_to_end(&mut buf)?;
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||
Ok(buf)
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}
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// Good: Trait bounds for multiple constraints
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fn process<T: Display + Send + 'static>(item: T) -> String {
|
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format!("processed: {item}")
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}
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```
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### 動的ディスパッチにトレイトオブジェクトを使用する
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```rust
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// Use when you need heterogeneous collections or plugin systems
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trait Handler: Send + Sync {
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||
fn handle(&self, request: &Request) -> Response;
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}
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struct Router {
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handlers: Vec<Box<dyn Handler>>,
|
||
}
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||
// Use generics when you need performance (monomorphization)
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fn fast_process<H: Handler>(handler: &H, request: &Request) -> Response {
|
||
handler.handle(request)
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}
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```
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### 型安全のためにNewTypeパターンを使用する
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```rust
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// Good: Distinct types prevent mixing up arguments
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struct UserId(u64);
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struct OrderId(u64);
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fn get_order(user: UserId, order: OrderId) -> Result<Order> {
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||
// Can't accidentally swap user and order IDs
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todo!()
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}
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// Bad: Easy to swap arguments
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fn get_order_bad(user_id: u64, order_id: u64) -> Result<Order> {
|
||
todo!()
|
||
}
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```
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## 構造体とデータモデリング
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### 複雑な構築にはビルダーパターンを使用する
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```rust
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struct ServerConfig {
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host: String,
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port: u16,
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max_connections: usize,
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}
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||
impl ServerConfig {
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fn builder(host: impl Into<String>, port: u16) -> ServerConfigBuilder {
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ServerConfigBuilder { host: host.into(), port, max_connections: 100 }
|
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}
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||
}
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struct ServerConfigBuilder { host: String, port: u16, max_connections: usize }
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impl ServerConfigBuilder {
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fn max_connections(mut self, n: usize) -> Self { self.max_connections = n; self }
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fn build(self) -> ServerConfig {
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||
ServerConfig { host: self.host, port: self.port, max_connections: self.max_connections }
|
||
}
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||
}
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// Usage: ServerConfig::builder("localhost", 8080).max_connections(200).build()
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```
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## イテレーターとクロージャー
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### 手動ループの代わりにイテレーターチェーンを優先する
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```rust
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// Good: Declarative, lazy, composable
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let active_emails: Vec<String> = users.iter()
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.filter(|u| u.is_active)
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.map(|u| u.email.clone())
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.collect();
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// Bad: Imperative accumulation
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let mut active_emails = Vec::new();
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for user in &users {
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if user.is_active {
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active_emails.push(user.email.clone());
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||
}
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}
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```
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### 型注釈付きの `collect()` を使用する
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```rust
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// Collect into different types
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let names: Vec<_> = items.iter().map(|i| &i.name).collect();
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let lookup: HashMap<_, _> = items.iter().map(|i| (i.id, i)).collect();
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let combined: String = parts.iter().copied().collect();
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// Collect Results — short-circuits on first error
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let parsed: Result<Vec<i32>, _> = strings.iter().map(|s| s.parse()).collect();
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```
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## 並行処理
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### 共有可変状態には `Arc<Mutex<T>>` を使用する
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```rust
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use std::sync::{Arc, Mutex};
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let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
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let handles: Vec<_> = (0..10).map(|_| {
|
||
let counter = Arc::clone(&counter);
|
||
std::thread::spawn(move || {
|
||
let mut num = counter.lock().expect("mutex poisoned");
|
||
*num += 1;
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||
})
|
||
}).collect();
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for handle in handles {
|
||
handle.join().expect("worker thread panicked");
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||
}
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```
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### メッセージパッシングにチャンネルを使用する
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```rust
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use std::sync::mpsc;
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let (tx, rx) = mpsc::sync_channel(16); // Bounded channel with backpressure
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for i in 0..5 {
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||
let tx = tx.clone();
|
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std::thread::spawn(move || {
|
||
tx.send(format!("message {i}")).expect("receiver disconnected");
|
||
});
|
||
}
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||
drop(tx); // Close sender so rx iterator terminates
|
||
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for msg in rx {
|
||
println!("{msg}");
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||
}
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```
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### Tokioを使用した非同期プログラミング
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```rust
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use tokio::time::Duration;
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async fn fetch_with_timeout(url: &str) -> Result<String> {
|
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let response = tokio::time::timeout(
|
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Duration::from_secs(5),
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||
reqwest::get(url),
|
||
)
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.await
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||
.context("request timed out")?
|
||
.context("request failed")?;
|
||
|
||
response.text().await.context("failed to read body")
|
||
}
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||
// Spawn concurrent tasks
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||
async fn fetch_all(urls: Vec<String>) -> Vec<Result<String>> {
|
||
let handles: Vec<_> = urls.into_iter()
|
||
.map(|url| tokio::spawn(async move {
|
||
fetch_with_timeout(&url).await
|
||
}))
|
||
.collect();
|
||
|
||
let mut results = Vec::with_capacity(handles.len());
|
||
for handle in handles {
|
||
results.push(handle.await.unwrap_or_else(|e| panic!("spawned task panicked: {e}")));
|
||
}
|
||
results
|
||
}
|
||
```
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## アンセーフコード
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### Unsafe を使用できる場合
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```rust
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// Acceptable: FFI boundary with documented invariants (Rust 2024+)
|
||
/// # Safety
|
||
/// `ptr` must be a valid, aligned pointer to an initialized `Widget`.
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||
unsafe fn widget_from_raw<'a>(ptr: *const Widget) -> &'a Widget {
|
||
// SAFETY: caller guarantees ptr is valid and aligned
|
||
unsafe { &*ptr }
|
||
}
|
||
|
||
// Acceptable: Performance-critical path with proof of correctness
|
||
// SAFETY: index is always < len due to the loop bound
|
||
unsafe { slice.get_unchecked(index) }
|
||
```
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||
### Unsafe を使用してはいけない場合
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```rust
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||
// Bad: Using unsafe to bypass borrow checker
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// Bad: Using unsafe for convenience
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||
// Bad: Using unsafe without a Safety comment
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||
// Bad: Transmuting between unrelated types
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||
```
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## モジュールシステムとクレート構造
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||
### 型ではなくドメインで整理する
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```text
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my_app/
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├── src/
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||
│ ├── main.rs
|
||
│ ├── lib.rs
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||
│ ├── auth/ # ドメインモジュール
|
||
│ │ ├── mod.rs
|
||
│ │ ├── token.rs
|
||
│ │ └── middleware.rs
|
||
│ ├── orders/ # ドメインモジュール
|
||
│ │ ├── mod.rs
|
||
│ │ ├── model.rs
|
||
│ │ └── service.rs
|
||
│ └── db/ # インフラストラクチャ
|
||
│ ├── mod.rs
|
||
│ └── pool.rs
|
||
├── tests/ # 統合テスト
|
||
├── benches/ # ベンチマーク
|
||
└── Cargo.toml
|
||
```
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||
### 可視性——露出を最小化する
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||
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||
```rust
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||
// Good: pub(crate) for internal sharing
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||
pub(crate) fn validate_input(input: &str) -> bool {
|
||
!input.is_empty()
|
||
}
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||
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||
// Good: Re-export public API from lib.rs
|
||
pub mod auth;
|
||
pub use auth::AuthMiddleware;
|
||
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||
// Bad: Making everything pub
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||
pub fn internal_helper() {} // Should be pub(crate) or private
|
||
```
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||
|
||
## ツール統合
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||
|
||
### 基本コマンド
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||
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||
```bash
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||
# Build and check
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cargo build
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cargo check # Fast type checking without codegen
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||
cargo clippy # Lints and suggestions
|
||
cargo fmt # Format code
|
||
|
||
# Testing
|
||
cargo test
|
||
cargo test -- --nocapture # Show println output
|
||
cargo test --lib # Unit tests only
|
||
cargo test --test integration # Integration tests only
|
||
|
||
# Dependencies
|
||
cargo audit # Security audit
|
||
cargo tree # Dependency tree
|
||
cargo update # Update dependencies
|
||
|
||
# Performance
|
||
cargo bench # Run benchmarks
|
||
```
|
||
|
||
## クイックリファレンス：Rustのイディオム
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||
|
||
| イディオム | 説明 |
|
||
|-------|-------------|
|
||
| 借用、クローンではなく | 所有権が必要でなければ `&T` を渡し、クローンしない |
|
||
| 不正な状態を表現不可能にする | 列挙型を使用して有効な状態のみをモデル化する |
|
||
| `unwrap()` より `?` | エラーを伝播し、ライブラリ/本番コードでパニックしない |
|
||
| 検証より解析 | 境界で非構造化データを型付き構造体に変換する |
|
||
| 型安全のためのNewtype | 基本型をnewtypeでラップして引数の取り違えを防ぐ |
|
||
| ループよりイテレーターを優先 | 宣言的なチェーンはより明確で通常より高速 |
|
||
| Resultに `#[must_use]` を使用 | 呼び出し元が戻り値を処理することを保証する |
|
||
| 柔軟な所有権のために `Cow` を使用 | 借用で十分な場合にアロケーションを避ける |
|
||
| 完全マッチング | ビジネスクリティカルな列挙型でワイルドカード `_` を使わない |
|
||
| `pub` インターフェースを最小化 | 内部APIには `pub(crate)` を使用 |
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||
|
||
## 避けるべきアンチパターン
|
||
|
||
```rust
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||
// Bad: .unwrap() in production code
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let value = map.get("key").unwrap();
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||
// Bad: .clone() to satisfy borrow checker without understanding why
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let data = expensive_data.clone();
|
||
process(&original, &data);
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||
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||
// Bad: Using String when &str suffices
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||
fn greet(name: String) { /* should be &str */ }
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||
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||
// Bad: Box<dyn Error> in libraries (use thiserror instead)
|
||
fn parse(input: &str) -> Result<Data, Box<dyn std::error::Error>> { todo!() }
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||
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||
// Bad: Ignoring must_use warnings
|
||
let _ = validate(input); // Silently discarding a Result
|
||
|
||
// Bad: Blocking in async context
|
||
async fn bad_async() {
|
||
std::thread::sleep(Duration::from_secs(1)); // Blocks the executor!
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||
// Use: tokio::time::sleep(Duration::from_secs(1)).await;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
**覚えておくこと**：コンパイルが通れば、おそらく正しい——ただし `unwrap()` を避け、`unsafe` を最小化し、型システムを活用することが前提。
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