Rust 1.44を早めに深掘り

Rust
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こんにちは、R&Dチームの齋藤（@aznhe21）です。 最近仕事でSwiftを書いてるんですが、Rustのあの機能があれば・・・と思う日々を送っています。

さて、本日、日本時間6/5(金)、Rust 1.44がリリースされました。 この記事ではRust 1.44での変更点を詳しく紹介します。 なお、この記事は公式リリースノートをベースに、意訳・編集・追記をしています。

6/5は黒部ダムが完成した日 6/5は黒部ダムが完成した日

ピックアップ

個人的に注目する変更点を「ピックアップ」としてまとめました。 全ての変更点を網羅したリストは変更点リストをご覧ください。

no_std環境でもasync/awaitが使えるようになった

これまで、コンパイラの「内部仕様」のためにno_std環境ではasync/awaitすることが出来ませんでした。 Rust 1.44でこの内部仕様が改善され、あらゆる環境で非同期プログラミングが簡単に扱えるようになりました。

これまでは下記エントリのようにちょっと凝ったことをしないと組み込み環境でasync/awaitが使えませんでしたが、 これからはランタイムを用意するだけで使えるようになるはずです。

「内部仕様」についての細かい話

非同期関数・クロージャは、実はジェネレータ（関数を中断・再開できる機能。不安定機能のためNightly限定）への糖衣構文なのですが、 最近の仕様変更により関数を再開する時に値を引き渡せるようになりました。

#![feature(generators, generator_trait)]

// 構文は未確定
let mut gen = |value: u32| {
    // valueは0

    // 以前はyieldで値を受け取れなかった
    let value = yield 0; // valueは1
    let value = yield 1; // valueは2
};

// 以前はresumeに引数を渡せなかった
Pin::new(&mut gen).resume(0);
Pin::new(&mut gen).resume(1);
Pin::new(&mut gen).resume(2);

この仕様変更がされる前は同じことを実現しようとするとTLSを使う必要がありました。 そして、async/awaitではFuture::pollにContextを渡すためにこの機能が必要であり、結果としてTLSに依存していたのです。 そして、TLSはOSを必要とする機能であるためno_std環境ではasync/awaitが使えなかったというわけです。

浮動小数点数から整数への変換の挙動が変わる

これまで、浮動小数点（f32とf64）から整数（i8やu32など）への変換にasを使っている場合、範囲外の値からの変換結果は未定義とされていました。 整数間の変換（u32からu16など）では範囲外の値は切り捨てることが保証されていましたが、 浮動小数点からの変換では結果がどうなるか分からなかったのです。

fn main() {
    // 結果は255
    println!("{}", 256_u32 as u8);

    // 結果は未定義（恐らくCPUによって変わる）
    println!("{}", 256_f32 as u8);
    println!("{}", f32::NAN as u8);
}

Rust 1.45からは整数間の変換と同じように結果が保証されるようになります。

fn main() {
    // Rust 1.45からは必255となる
    println!("{}", 256_f32 as u8);

    // Rust 1.45からは必ず0となる
    println!("{}", f32::NAN as u8);
}

ただし常に範囲チェックが実行されるようになるため、ゲームなどパフォーマンスが重要な場所ではこのチェックを省きたい場合もあるでしょう。 そんな場合はRust 1.44で追加された、チェックを省けるto_int_uncheckedというメソッドを使います*1。

// 0.0〜1.0の間の値を0〜255に変換する
fn to_byte_component(c: f32) -> u8 {
    debug_assert!(c.is_finite() && c >= 0. && c <= 1.);

    // SAFETY: cは0.0〜1.0であるのでこの操作は安全
    unsafe {
        (c * 255.).to_int_unchecked()
    }
}

実際に挙動が変わるのは1.45からですが、既存のコードにasで変換している箇所がある場合は、挙動が変化しても問題ないか念のため確認しておくと良いでしょう。

cargo treeコマンドが追加された

これまで外部コマンとして存在していたsfackler/cargo-treeがcargo本体に取り込まれました。 一部の挙動を除いて概ねそのまま機能を引き継いているようです。

$ cat Cargo.toml
[package]
name = "test"
version = "0.1.0"
edition = "2018"

[dependencies]
tokio = { version = "*", features = ["full"] }

$ cargo tree
test v0.1.0 (...)
└── tokio v0.2.21
    ├── bytes v0.5.4
    ├── fnv v1.0.7
    ├── futures-core v0.3.5
    ├── iovec v0.1.4
    │   └── libc v0.2.71
    ├── lazy_static v1.4.0
    ├── libc v0.2.71
    ├── memchr v2.3.3
    ├── mio v0.6.22
    │   ├── cfg-if v0.1.10
    │   ├── iovec v0.1.4 (*)
    │   ├── libc v0.2.71
    │   ├── log v0.4.8
    │   │   └── cfg-if v0.1.10
    │   ├── net2 v0.2.34
    │   │   ├── cfg-if v0.1.10
    │   │   └── libc v0.2.71
    │   └── slab v0.4.2
    ├── mio-uds v0.6.8
    │   ├── iovec v0.1.4 (*)
    │   ├── libc v0.2.71
    │   └── mio v0.6.22 (*)
    ├── num_cpus v1.13.0
    │   └── libc v0.2.71
    ├── pin-project-lite v0.1.6
    ├── signal-hook-registry v1.2.0
    │   ├── arc-swap v0.4.6
    │   └── libc v0.2.71
    ├── slab v0.4.2
    └── tokio-macros v0.2.5
        ├── proc-macro2 v1.0.18
        │   └── unicode-xid v0.2.0
        ├── quote v1.0.6
        │   └── proc-macro2 v1.0.18 (*)
        └── syn v1.0.30
            ├── proc-macro2 v1.0.18 (*)
            ├── quote v1.0.6 (*)
            └── unicode-xid v0.2.0

変更点リスト

言語

構文のみの変更

#[cfg(FALSE)]
mod foo {
    mod bar {
        mod baz; // `foo/bar/baz.rs`は存在しないがエラーにならない
    }
}

これらは依然として意味上は弾かれるためエラーになる可能性が高いが、マクロや条件コンパイルといった意味解析しない部分では使うことが出来る。

コンパイラ

ライブラリ

安定化されたAPI

fn PathBuf::with_capacity(capacity: usize) -> PathBuf

内部のOsStringが指定された容量を持つPathBufを生成する。OsStringに定義されているwith_capacityも参照されたい。

fn PathBuf::capacity(&self) -> usize

内部のOsStringのcapacityを呼び出す。

fn PathBuf::clear(&mut self)

内部のOsStringのclearを呼び出す。

fn PathBuf::reserve(&mut self, additional: usize)

内部のOsStringのreserveを呼び出す。

fn PathBuf::reserve_exact(&mut self, additional: usize)

内部のOsStringのreserve_exactを呼び出す。

fn PathBuf::shrink_to_fit(&mut self)

内部のOsStringのshrink_to_fitを呼び出す。

unsafe fn {f32, f64}::to_int_unchecked<Int>(self) -> Int

Rust 1.44までのasによるキャストと同等。

値をゼロ方向に切り捨て、整数に変換する。この時、有限値であり、かつ変換後の型で収まることが仮定される。

安全性

値は以下の条件を満たす必要がある。

  • NaNでないこと
  • 無限値でないこと
  • 小数部を切り捨てたあとの値が戻り値の型で表現できること

fn Layout::align_to(&self, align: usize) -> Result<Layout, LayoutErr>

selfと同じレイアウトを持ち、かつalign（バイト単位）にアライメントされた値を保持できるレイアウトを生成する。

もしselfが既に指定されたアライメントを満たしている場合はselfを返す。

注意：このメソッドは、戻り値が異なるアライメントを持つかどうかに関わらず、全体のサイズにパディングを追加しない。 言い換えると、Kのサイズが16である時、K.align_to(32)の戻り値のサイズは依然として16である。

self.size()と指定されたalignの組み合わせがLayout::from_size_align内の条件に違反する時、このメソッドはエラーを返す。

fn Layout::pad_to_align(&self) -> Layout

このレイアウトを、このレイアウトのアライメントの倍数に丸めたレイアウトを生成する。

fn Layout::array<T>(n: usize) -> Result<Layout, LayoutErr>

型Tで要素数nを持つ配列を保持できるレイアウトを生成する。

fn Layout::extend(&self, next: Layout) -> Result<(Layout, usize), LayoutErr>

selfにnextが後続する値を保持できるレイアウトを生成する。 これにはnextを配置するために必要なパディングが含まれるが、末尾のパディングは含まれない。

C表現のレイアウト（repr(C)）に合致させるためには、全フィールドでレイアウトを拡張した後にpad_to_alignを呼び出す必要がある （なお、デフォルトのRust表現のレイアウト（repr(Rust)、無指定）に合致させる方法は無い）。

注意：戻り値のレイアウトのアライメントは、selfとnextの両方に合わせるため、最大でselfやnextのものとなる。

このメソッドがOk((k, offset))を返す時、kは結合されたレイアウトで、nextの開始位置からの相対的でバイト単位の位置となる （レコード自体が0のオフセットから始まると仮定）。

演算がオーバーフローした時、LayoutErrを返す。

Cargo

依存関係をツリーで表示するcargo treeコマンドを追加

出力例：

  mdbook v0.3.2 (/Users/src/rust/mdbook)
├── ammonia v3.0.0
│   ├── html5ever v0.24.0
│   │   ├── log v0.4.8
│   │   │   └── cfg-if v0.1.9
│   │   ├── mac v0.1.1
│   │   └── markup5ever v0.9.0
│   │       ├── log v0.4.8 (*)
│   │       ├── phf v0.7.24
│   │       │   └── phf_shared v0.7.24
│   │       │       ├── siphasher v0.2.3
│   │       │       └── unicase v1.4.2
│   │       │           [build-dependencies]
│   │       │           └── version_check v0.1.5
...

同一クレートの複数バージョンを表示するにはcargo tree -d（cargo tree --duplicatesの短縮形）を使うと良い。

その他

互換性メモ

内部の変更

これらの変更は直接ユーザーの利益になるわけではないが、rustcや関連ツールの内部などでの全体的なパフォーマンスの改善を意味する。

関連リンク

さいごに

次のRust 1.45は2020/7/17(金)に予定されています。 定数関数内でif/matchが使えるようになりそうです。

オプティムではどんな難工事にも負けないエンジニアを募集しています。

ライセンス表記

  • この記事はApache 2/MITのデュアルライセンスで公開されている公式リリースノートを翻訳・追記をしています
  • 冒頭の画像中にはRust公式サイトで配布されているロゴを使用しており、 このロゴはMozillaによってCC-BYの下で配布されています
  • 冒頭の画像はいらすとやさんの画像を使っています。いつもありがとうございます

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       stating that You changed the files; and

   (c) You must retain, in the Source form of any Derivative Works
       that You distribute, all copyright, patent, trademark, and
       attribution notices from the Source form of the Work,
       excluding those notices that do not pertain to any part of
       the Derivative Works; and

   (d) If the Work includes a "NOTICE" text file as part of its
       distribution, then any Derivative Works that You distribute must
       include a readable copy of the attribution notices contained
       within such NOTICE file, excluding those notices that do not
       pertain to any part of the Derivative Works, in at least one
       of the following places: within a NOTICE text file distributed
       as part of the Derivative Works; within the Source form or
       documentation, if provided along with the Derivative Works; or,
       within a display generated by the Derivative Works, if and
       wherever such third-party notices normally appear. The contents
       of the NOTICE file are for informational purposes only and
       do not modify the License. You may add Your own attribution
       notices within Derivative Works that You distribute, alongside
       or as an addendum to the NOTICE text from the Work, provided
       that such additional attribution notices cannot be construed
       as modifying the License.

   You may add Your own copyright statement to Your modifications and
   may provide additional or different license terms and conditions
   for use, reproduction, or distribution of Your modifications, or
   for any such Derivative Works as a whole, provided Your use,
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See the License for the specific language governing permissions and
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*1:一般的なコードではasでも問題ありません