Rust 1.59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。 初めてのオフィス引っ越し体験が目前でちょっとワクワクしています。

さて、本日2/25(金)にRust 1.59がリリースされました。 この記事ではRust 1.59での変更点を詳しく紹介します。

2/25は映画「未知との遭遇」が日本で公開された日 未知との遭遇

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。

定数ジェネリクスでデフォルト値を使えるようになった

/// デフォルトは8ビット3チャネルだが、引数を指定することで好きにカスタマイズできる画像
struct Image<T = u8, const C: usize = 3> {
    pub width: u32,
    pub height: u32,
    pub data: Vec<[T; C]>,
}

impl<T: Default + Copy, const C: usize> Image<T, C> {
    pub fn new(width: u32, height: u32) -> Image<T, C> {
        Image {
            width,
            height,
            data: vec![[T::default(); C]; (width as usize) * (height as usize)],
        }
    }
}

fn main() {
    // 引数無指定ならImage<u8, 3>と同義
    let img_u8c3: Image = Image::new(640, 480);
    // 引数を指定してカスタマイズ
    let img_u8c1: Image<u8, 1> = Image::new(640, 480);
    // チャネル数だけ省略
    let img_f32c3: Image<f32> = Image::new(640, 480);
}

また、合わせてジェネリクスにおける引数の順番の制限が緩和され、型と定数値を混ぜて使えるようになりました。 これまではライフタイム→型→定数値の順にしか書けませんでしたが、ライフタイム→型・定数値の順に書けるようになります。

// 1.58までは書けなかった
struct Array2d<
    const N: usize,
    const M: usize,
    T,
>([[T; N]; M]);

type Array1x1<T> = Array2d<1, 1, T>;

// ごちゃまぜにも書ける
struct Hoge<
    T,
    const N: usize,
    U,
    const M: usize,
> {
    a: [T; N],
    b: [U; M],
}

fn fuga<const N: usize, T, const M: usize>() {}

分割代入ができるようになった

これまでもletなど多くの場面でパターンマッチングを用いた変数定義ができましたが、Rust 1.59からはlet抜きで変数に分割代入できるようになりました。

struct Struct {
    x: u32,
    y: u32,
}

fn main() {
    let (mut a, mut b) = (0, 0);

    // 全部OK
    (a, b) = (3, 4);
    (a, _, b) = (3, 4, 5);
    [a, b] = [3, 4];
    [a, .., b] = [3, 4, 5, 6, 7];
    Struct { x: a, y: a } = Struct { x: 3, y: 4 };
}

またこの影響で_への代入ができるようになりましたが、分りにくいかもしれないので従来どおりlet _ = xやdrop(x)を使ったほうがいい気がします。

fn main() {
    // 全部同じ意味
    let _ = 42;
    drop(42);
    _ = 42;
}

インラインアセンブリが使えるようになった

特定のアーキテクチャでインラインアセンブリが安定化され、アセンブリを直接書くことができるようになりました。 これにより多くの最適化が可能になるほか、インラインアセンブリを使用した他言語製ライブラリの移植も可能になるでしょう。

関数内でasm!を使うことで各種命令を、関数外ではglobal_asm!を使うことで関数定義などを記述することができます。 なお、インラインアセンブリ用のマクロはuse std::arch::{asm, global_asm}などでインポートする必要があります。

// x86系の例
use std::arch::{asm, global_asm};

global_asm!(
    ".global one",
    "one:",
    "mov eax, 1",
    "ret",
);

extern "C" {
    fn one() -> u32;
}

fn main() {
    unsafe {
        println!("{}", one()); // 1

        // xを6倍する
        let mut x: u32 = 4;
        // {val:e}の形式を使うことでeax系のレジスタになる
        asm!(
            "mov {tmp:e}, {x:e}",
            "shl {tmp:e}, 1",
            "shl {x:e}, 2",
            "add {x:e}, {tmp:e}",
            x = inout(reg) x,
            tmp = out(reg) _,
        );
        println!("{x}"); // 24
    }
}

Rust 1.59現在インラインアセンブリが利用可能なアーキテクチャは次の通りです。

  • x86及びx86-64
  • ARM
  • AArch64
  • RISC-V

詳細はRust By Exampleやリファレンスを参照してください。

イテレータのzipがフリー関数になった

Iterator::zipがフリー関数化され、std::iter::zipとして使えるようになりました。 これまではイテレータ化する前の値をzipする時には少し面倒な書き方をしていましたが、より簡素に書けるようになります。

fn main() {
    let a = [1, 2, 3];
    let b = [7, 8, 9];

    let c: Vec<(i32, i32)> = a.into_iter().zip(b).collect();
    // into_iterが無くなり読みやすくなった
    let c: Vec<(i32, i32)> = std::iter::zip(a, b).collect();
}

Cargo.tomlでstripを指定できるようになった

Rust 1.58でrustcのオプションからビルドと同時にstripできるようになったわけですが、 今回Cargoのプロファイルにstripを指定できるようになり、より簡単にstripできるようになりました。 ltoと一緒に指定しておくことで配布用のバイナリが簡単に生成できます。

# Cargo.toml
[profile.production]
inherits = "release"
lto = "fat"
strip = "debuginfo"
# cargo build --profile production

安定化されたAPIのドキュメント

安定化されたAPIのドキュメントを独自に訳して紹介します。リストだけ見たい方は安定化されたAPIをご覧ください。

std::thread::available_parallelism

原典

#[doc(alias = "available_concurrency")]
#[doc(alias = "hardware_concurrency")]
#[doc(alias = "num_cpus")]
#[stable(feature = "available_parallelism", since = "1.59.0")]
pub fn available_parallelism() -> io::Result<NonZeroUsize>
{ /* 実装は省略 */ }

プログラムが使うべき、推測されるデフォルトの並列数を返す。

並列性は資源である。あるマシンが提供する並列処理能力、つまり同時に実行できる計算の数には上限がある。 この数値は多くの場合CPUやコンピュータの数と対応するものの、乖離する場合も多々ある。

VMやコンテナオーケストレータといったホスト環境では、その中で実行されるプログラムが利用できる並列数を制限したい場合がある。 これは（意図せず）リソースを激しく消費するプログラムが、同一マシン上で実行されている他のプログラムに対する潜在的影響を抑えるためによく行われる。

制限

このAPIの目的は、プログラムが使用すべきデフォルトの並列数を問い合わせる簡単かつ可搬な手段を提供することである。 このAPIはNUMA領域に関する情報を公開するわけではなく、（コ）プロセッサ間の能力差や現在のシステム負荷を考慮するわけでもなく、 またより正確な並列数を問い合わせるためにプログラムのグローバルな状態を変更するわけでもない。

固定の定常状態とバーストの制限が両方利用できる場合、想定内のレイテンシを裏付けるために定常状態での能力が用いられる。

資源の制限はプログラムの実行中でも変更できるため、値はキャッシュされず関数が呼ばれる度に計算し直される。 この関数は頻繁に実行されるコードから呼び出すべきではない。

この関数の戻り値は、任意の時点で利用可能な並列数への簡素な近似値と見做すべきである。 プログラムに対する並列数を、より詳細あるいは正確に取得するにはプラットフォーム固有のAPIも使用されたい。 現在、available_parallelismには次のようなプラットフォームの制限がある。

Windows

  • 論理CPUが64を超えるシステムの場合、利用可能な並列数は過少であるかもしれない。 ただし、通常はプログラムが64を超える論理CPUを利用するには特殊なサポートが必要であり、 そのサポートがない場合、この関数はデフォルトでプログラムから使用できる論理CPUの数を正確に反映する
  • プロセス全体の親和度（affinity）マスクによって制限されている、あるいはジョブオブジェクトの制限がある場合、 利用可能な並列数は過多であるかもしれない

Linux

  • プロセス全体の親和度（affinity）マスクによって制限されている、あるいはcgroupの制限が影響する場合、 利用可能な並列数は過多であるかもしれない

すべてのターゲット

  • CPU使用率を制限しているVM内で実行しているとき、利用可能な並列数は過多であるかもしれない（オーバーコミット中のホストなど）
エラー

この関数は次の場合にエラーを返すが、これらに限定されているわけではない。

  • 対象のプラットフォームで並列性の数が不明である場合
  • プログラムが並列性の数を問い合わせるのに必要な権限を欠いている場合
サンプル
use std::{io, thread};

fn main() -> io::Result<()> {
    let count = thread::available_parallelism()?.get();
    assert!(count >= 1_usize);
    Ok(())
}

Result::copied

原典

impl<T, E> Result<&T, E> {
    #[inline]
    #[stable(feature = "result_copied", since = "1.59.0")]
    pub fn copied(self) -> Result<T, E>
    where
        T: Copy,
    { /* 実装は省略 */ }
}

Ok部分の内容をコピーすることで、Result<&T, E>をResult<T, E>に写像する。

サンプル
let val = 12;
let x: Result<&i32, i32> = Ok(&val);
assert_eq!(x, Ok(&12));
let copied = x.copied();
assert_eq!(copied, Ok(12));

Result::cloned

原典

impl<T, E> Result<&T, E> {
    #[inline]
    #[stable(feature = "result_cloned", since = "1.59.0")]
    pub fn cloned(self) -> Result<T, E>
    where
        T: Clone,
    { /* 実装は省略 */ }
}

Ok部分の内容を複製することで、Result<&T, E>をResult<T, E>に写像する。

サンプル
let val = 12;
let x: Result<&i32, i32> = Ok(&val);
assert_eq!(x, Ok(&12));
let cloned = x.cloned();
assert_eq!(cloned, Ok(12));

ops::ControlFlow::is_break

原典

impl<B, C> ControlFlow<B, C> {
    #[inline]
    #[stable(feature = "control_flow_enum_is", since = "1.59.0")]
    pub fn is_break(&self) -> bool
    { /* 実装は省略 */ }
}

値がBreakバリアントであればtrueを返す。

サンプル
use std::ops::ControlFlow;

assert!(ControlFlow::<i32, String>::Break(3).is_break());
assert!(!ControlFlow::<String, i32>::Continue(3).is_break());

ops::ControlFlow::is_continue

原典

impl<B, C> ControlFlow<B, C> {
    #[inline]
    #[stable(feature = "control_flow_enum_is", since = "1.59.0")]
    pub fn is_continue(&self) -> bool
    { /* 実装は省略 */ }
}

値がContinueバリアントであればtrueを返す。

サンプル
use std::ops::ControlFlow;

assert!(!ControlFlow::<i32, String>::Break(3).is_continue());
assert!(ControlFlow::<String, i32>::Continue(3).is_continue());

char::TryFromCharError

原典

#[stable(feature = "u8_from_char", since = "1.59.0")]
#[derive(Debug, Copy, Clone, PartialEq, Eq)]
pub struct TryFromCharError
{ /* フィールドは省略 */ }

charの検証付き変換に失敗した時に返されるエラー型。

iter::zip

→ピックアップ

原典

#[stable(feature = "iter_zip", since = "1.59.0")]
pub fn zip<A, B>(a: A, b: B) -> Zip<A::IntoIter, B::IntoIter>
where
    A: IntoIterator,
    B: IntoIterator,
{ /* 実装は省略 */ }

引数をイテレータに変換しつつまとめる。

詳細はIterator::zipのドキュメントを参照されたい。

サンプル
use std::iter::zip;

let xs = [1, 2, 3];
let ys = [4, 5, 6];

let mut iter = zip(xs, ys);

assert_eq!(iter.next().unwrap(), (1, 4));
assert_eq!(iter.next().unwrap(), (2, 5));
assert_eq!(iter.next().unwrap(), (3, 6));
assert!(iter.next().is_none());

// ネストしたまとめも可能
let zs = [7, 8, 9];

let mut iter = zip(zip(xs, ys), zs);

assert_eq!(iter.next().unwrap(), ((1, 4), 7));
assert_eq!(iter.next().unwrap(), ((2, 5), 8));
assert_eq!(iter.next().unwrap(), ((3, 6), 9));
assert!(iter.next().is_none());

NonZero{U8,U16,U32,U64,U128}::is_power_of_two

原典

impl NonZeroU8 {
    #[must_use]
    #[stable(feature = "nonzero_is_power_of_two", since = "1.59.0")]
    #[inline]
    pub const fn is_power_of_two(self) -> bool
    { /* 実装は省略 */ }
}

あるkについて、self == (1 << k)である場合にのみtrueを返す。

大抵のアーキテクチャにおいて、ゼロの特別な処理を避けられるため、内包する整数型のis_power_of_two()よりも良い性能を発揮する。

サンプル
基本的な使い方 
let eight = std::num::NonZeroU8::new(8).unwrap();
assert!(eight.is_power_of_two());
let ten = std::num::NonZeroU8::new(10).unwrap();
assert!(!ten.is_power_of_two());

変更点リスト

公式リリースノートをベースに意訳・編集・追記をした変更点リストです。

言語

コンパイラ

ライブラリ

安定化されたAPI

※各APIのドキュメントを独自に訳した安定化されたAPIのドキュメントもご参照ください。

以下のAPIが定数文脈でも使えるようになった。

Cargo

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繋がるものではないが、rustc及び関連ツールにおける内部の改善や全体的なパフォーマンスの改善をもたらす。

関連リンク

さいごに

次のRust 1.60は2022/4/8(金)に予定されています。 組み込みのコード網羅率（カバレッジ）の計測が安定化されるようです。

オプティムでは未知なる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及びドキュメントから翻訳・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またはRust財団によって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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       documentation, if provided along with the Derivative Works; or,
       within a display generated by the Derivative Works, if and
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   defend, and hold each Contributor harmless for any liability
   incurred by, or claims asserted against, such Contributor by reason
   of your accepting any such warranty or additional liability.

END OF TERMS AND CONDITIONS

APPENDIX: How to apply the Apache License to your work.

   To apply the Apache License to your work, attach the following
   boilerplate notice, with the fields enclosed by brackets "[]"
   replaced with your own identifying information. (Don't include
   the brackets!)  The text should be enclosed in the appropriate
   comment syntax for the file format. We also recommend that a
   file or class name and description of purpose be included on the
   same "printed page" as the copyright notice for easier
   identification within third-party archives.

Copyright [yyyy] [name of copyright owner]

Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
you may not use this file except in compliance with the License.
You may obtain a copy of the License at

  http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

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WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
See the License for the specific language governing permissions and
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