Rust

Mozilla Research が開発し 2015 年に 1.0 をリリースしたシステムプログラミング言語。所有権（ownership） と 借用（borrow） の型システムにより、GC なしでメモリ安全性をコンパイル時に保証する。

核心: 所有権システム

Rust の最大の特徴は、メモリ安全性をランタイムコスト（GC）なしで実現すること。3 つのルールで成立する：

各値にはただ 1 つの所有者（owner）がある
所有者がスコープを抜けると値は自動的に drop される
ある時点で、値への参照は「可変参照 1 つ」か「不変参照複数」のどちらか一方のみ

この 3 番目のルール（借用規則）が、data race をコンパイル時に排除する。

let mut v = vec![1, 2, 3];
let r = &v;        // 不変借用
// v.push(4);      // コンパイルエラー: 不変借用中に可変操作できない
println!("{:?}", r);
v.push(4);         // r のスコープが終わったので OK

ライフタイム

参照が有効な期間をコンパイラに伝える仕組み。多くの場合は省略可能（ライフタイムエリジョン）だが、構造体に参照を持たせる場合などに明示が必要。

struct Parser<'a> {
    input: &'a str,  // Parser は input より長生きできない
}

ライフタイムは型の一部であり、「この参照はここまで有効」という契約をコンパイル時に検証する。

型システムの特徴

機能	説明
enum + パターンマッチ	代数的データ型（ADT）。`Option<T>` / `Result<T, E>` が言語の中核
トレイト	Haskell の型クラスに近い。ポリモーフィズムの基盤
ジェネリクス + 単相化	コンパイル時にジェネリクスを具体型に展開。ランタイムコストゼロ
`!` (never 型)	返らない関数の戻り値型。`panic!` や無限ループ
`impl Trait`	存在型の軽量構文。戻り値型の抽象化に使う

エラーハンドリング

例外を使わない。Result<T, E> と ? 演算子でエラーを型として伝播する。

fn read_config(path: &str) -> Result<Config, Error> {
    let text = std::fs::read_to_string(path)?;  // エラーなら即 return
    let config = toml::from_str(&text)?;
    Ok(config)
}

panic! は回復不能エラー用。通常のエラーハンドリングには使わない。

非同期プログラミング

async / await 構文を言語が提供するが、ランタイム（executor）は言語に含まれず、ライブラリとして提供される。

async fn fetch(url: &str) -> Result<String, reqwest::Error> {
    let body = reqwest::get(url).await?.text().await?;
    Ok(body)
}

主要な非同期ランタイム：

ランタイム	特徴
tokio	デファクトスタンダード。マルチスレッド work-stealing
async-std	std に似た API。tokio の対抗馬だったが勢い減少
smol	軽量。シンプルさ重視

ゼロコスト抽象

Rust の設計原則。抽象化を使っても、手書きの低レベルコードと同等の性能が出ること。

イテレータチェーン → コンパイラがループに融合
ジェネリクス → 単相化でランタイムディスパッチなし
async → ステートマシンにコンパイル（ヒープ割り当てなし）
トレイトの静的ディスパッチ → 関数呼び出しがインライン化

ツールチェイン

ツール	役割
rustup	ツールチェイン管理（stable / nightly / ターゲット追加）
cargo	パッケージマネージャ + ビルドシステム。`Cargo.toml` で依存管理
rustc	コンパイラ本体。LLVM バックエンド
clippy	lint ツール。イディオマティックでない書き方を指摘
rustfmt	コードフォーマッタ
rust-analyzer	LSP サーバー。IDE 補完・型推論表示
miri	undefined behavior を検出するインタプリタ

クレート（パッケージ）エコシステム

crates.io が中央リポジトリ。主要なクレート：

領域	クレート
非同期ランタイム	tokio, async-std
Web フレームワーク	axum, actix-web, rocket
HTTP クライアント	reqwest, hyper
ハッシュテーブル	hashbrown (std HashMap のバックエンド)
データ並列	rayon (work-stealing ベースの par_iter)
シリアライズ	serde (+ serde_json, toml, etc.)
CLI	clap, argh
エラーハンドリング	anyhow, thiserror
ORM / DB	sqlx, diesel, sea-orm
ロギング	tracing, log
WASM	wasm-bindgen, wasm-pack

Rust が選ばれる領域

領域	理由	例
CLI ツール	起動が速い、単一バイナリ配布	ripgrep, fd, bat, delta
Web バックエンド	高スループット、低レイテンシ	Cloudflare Workers, Discord
組込み / OS	GC なし、メモリ制御	Linux カーネルモジュール
WASM	コンパイルターゲットとして一級対応	Figma, SWC
ゲームエンジン	性能 + 安全性	Bevy
暗号通貨 / ブロックチェーン	性能 + 正確性	Solana, Polkadot

C / C++ との比較

	C / C++	Rust
メモリ安全性	プログラマの責任	コンパイラが保証
data race	検出困難	コンパイル時に排除
ビルドシステム	CMake / Make / 乱立	cargo（統一）
パッケージ管理	conan / vcpkg / 手動	crates.io + cargo（統一）
学習曲線	中（ただし安全に書くのは難）	高（借用チェッカーの壁）
性能	同等	同等（LLVM バックエンド共通）

押さえどころ（カード化候補）

Rust の所有権 3 ルール → (1) 各値に所有者は 1 つ (2) 所有者がスコープを抜けると drop (3) ある時点で可変参照 1 つか不変参照複数のどちらか一方のみ
借用規則が排除するもの → data race。可変参照と不変参照の同時存在をコンパイル時に禁止する
ライフタイムの役割 → 参照が有効な期間を型の一部としてコンパイル時に検証する契約
Rust のエラーハンドリング → 例外なし。Result<T, E> + ? 演算子でエラーを型として伝播。panic! は回復不能エラー用
ゼロコスト抽象とは → 抽象化を使っても手書きの低レベルコードと同等の性能が出る設計原則。ジェネリクスの単相化、async のステートマシン化、イテレータの融合等
Rust の非同期モデル → 言語は async/await 構文のみ提供。ランタイム（executor）はライブラリ（tokio 等）として外部提供
cargo の役割 → パッケージマネージャ + ビルドシステム + テストランナー + ベンチマーク。Cargo.toml で依存管理。crates.io が中央リポジトリ
Rust が C/C++ と性能同等な理由 → LLVM バックエンド共通。ジェネリクス単相化・インライン化・GC なしでランタイムオーバーヘッドがない