Rust 開発パターン

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。

使用場面

• 新しいRustコードを書く場合
• Rustコードをレビューする場合
• 既存のRustコードをリファクタリングする場合
• クレート構造とモジュールレイアウトを設計する場合

動作原理

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。

コア原則

1. 所有権と借用

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。

// Good: Pass references when you don't need ownership
fn process(data: &[u8]) -> usize {
    data.len()
}

// Good: Take ownership only when you need to store or consume
fn store(data: Vec<u8>) -> Record {
    Record { payload: data }
}

// Bad: Cloning unnecessarily to avoid borrow checker
fn process_bad(data: &Vec<u8>) -> usize {
    let cloned = data.clone(); // Wasteful — just borrow
    cloned.len()
}

柔軟な所有権のための Cow の使用

use std::borrow::Cow;

fn normalize(input: &str) -> Cow<'_, str> {
    if input.contains(' ') {
        Cow::Owned(input.replace(' ', "_"))
    } else {
        Cow::Borrowed(input) // Zero-cost when no mutation needed
    }
}

エラー処理

Result と ? を使用する——本番環境では unwrap() を絶対に使わない

// Good: Propagate errors with context
use anyhow::{Context, Result};

fn load_config(path: &str) -> Result<Config> {
    let content = std::fs::read_to_string(path)
        .with_context(|| format!("failed to read config from {path}"))?;
    let config: Config = toml::from_str(&content)
        .with_context(|| format!("failed to parse config from {path}"))?;
    Ok(config)
}

// Bad: Panics on error
fn load_config_bad(path: &str) -> Config {
    let content = std::fs::read_to_string(path).unwrap(); // Panics!
    toml::from_str(&content).unwrap()
}

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

// Library code: structured, typed errors
use thiserror::Error;

#[derive(Debug, Error)]
pub enum StorageError {
    #[error("record not found: {id}")]
    NotFound { id: String },
    #[error("connection failed")]
    Connection(#[from] std::io::Error),
    #[error("invalid data: {0}")]
    InvalidData(String),
}

// Application code: flexible error handling
use anyhow::{bail, Result};

fn run() -> Result<()> {
    let config = load_config("app.toml")?;
    if config.workers == 0 {
        bail!("worker count must be > 0");
    }
    Ok(())
}

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

// Good: Combinator chain
fn find_user_email(users: &[User], id: u64) -> Option<String> {
    users.iter()
        .find(|u| u.id == id)
        .map(|u| u.email.clone())
}

// Bad: Deeply nested matching
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()),
        },
        None => None,
    }
}

列挙型とパターンマッチング

状態を列挙型としてモデル化する

// Good: Impossible states are unrepresentable
enum ConnectionState {
    Disconnected,
    Connecting { attempt: u32 },
    Connected { session_id: String },
    Failed { reason: String, retries: u32 },
}

fn handle(state: &ConnectionState) {
    match state {
        ConnectionState::Disconnected => connect(),
        ConnectionState::Connecting { attempt } if *attempt > 3 => abort(),
        ConnectionState::Connecting { .. } => wait(),
        ConnectionState::Connected { session_id } => use_session(session_id),
        ConnectionState::Failed { retries, .. } if *retries < 5 => retry(),
        ConnectionState::Failed { reason, .. } => log_failure(reason),
    }
}

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

// Good: Handle every variant explicitly
match command {
    Command::Start => start_service(),
    Command::Stop => stop_service(),
    Command::Restart => restart_service(),
    // Adding a new variant forces handling here
}

// Bad: Wildcard hides new variants
match command {

…