サンプルコードで身につける: トレイト境界 — ジェネリクスに条件を付ける

解説で学んだ概念を、5つの具体例で確認します。素朴な例から実務寄りの例へと進みます。

1PartialOrd 境界で比較を許可する

2つの値の大きい方を返すには、T が比較できる型である保証が必要です。<T: PartialOrd> という境界を付けることで、関数の中で > が使えるようになります。境界を消すとコンパイルエラーになるので、「中で使う操作は境界で宣言する」という対応関係を確かめてみてください。

Rust

fn max_of<T: PartialOrd>(a: T, b: T) -> T {
    if a > b { a } else { b } // PartialOrd のおかげで比較できる
}

fn main() {
    println!("max = {}", max_of(3, 7));
    println!("max = {}", max_of(2.5, 1.5));
    println!("max = {}", max_of('a', 'z'));
}

2Display 境界 — 表示にも条件が要る

ジェネリックな値を {} で表示することすら、T が Display を実装している保証がないとできません。境界は比較だけでなく「表示できる」「複製できる」などあらゆる操作の宣言に使う、と分かる例です。Display は標準ライブラリのトレイトで、use で持ち込んで境界に書けます。

Rust

use std::fmt::Display;

fn announce<T: Display>(value: T) {
    println!("お知らせ: {}", value); // Display 境界がないと {} で表示できない
    println!("再掲: {}", value);
}

fn main() {
    announce(42);
    announce("メンテナンスは深夜2時です");
}

3+ で複数の境界を組み合わせる

スライスから最大値を「値として」返すには、比較のための PartialOrd と、参照から値を取り出すための Copy の両方が必要です。境界は + でいくつでも重ねられ、関数内の操作が増えるほど境界も増えます。コースの前半で学んだ Copy が、ジェネリクスの条件として再登場している点にも注目です。

Rust

fn largest<T: PartialOrd + Copy>(items: &[T]) -> T {
    let mut max = items[0]; // Copy 境界のおかげで値を取り出せる
    for item in items {
        if *item > max {
            max = *item;
        }
    }
    max
}

fn main() {
    println!("max = {}", largest(&[3, 9, 2]));
    println!("max = {}", largest(&['a', 'x', 'm']));
}

4where 句で境界を整理する

型パラメータが増えて境界が長くなると、シグネチャの < > の中が読みにくくなります。where 句を使えば「引数と戻り値」と「型への条件」を行で分けて書けます。意味は <T: Display, U: Display> とまったく同じで、実務のコードでは境界が2つ以上になったら where に逃がす書き方をよく見かけます。

Rust

use std::fmt::Display;

fn print_labeled<T, U>(label: T, value: U)
where
    T: Display,
    U: Display,
{
    println!("{}: {}", label, value);
}

fn main() {
    print_labeled("温度", 23.5);
    print_labeled(1, "りんご");
}

5境界付きのジェネリック構造体

計測値の最小・最大を追跡する Tracker を、要素の型を問わない構造体として作った例です。境界は struct 側ではなく impl<T: PartialOrd + Copy> に付けるのが定番で、「このメソッド群を使うなら比較とコピーができる型で」という条件になります。温度でもレスポンスタイムでも同じ型で集計できる、実務寄りの形です。

Rust

struct Tracker<T> {
    min: T,
    max: T,
}

impl<T: PartialOrd + Copy> Tracker<T> {
    fn new(first: T) -> Self {
        Tracker { min: first, max: first }
    }
    fn update(&mut self, value: T) {
        if value < self.min { self.min = value; }
        if value > self.max { self.max = value; }
    }
}

fn main() {
    let mut temps = Tracker::new(20);
    temps.update(35);
    temps.update(12);
    println!("最低 = {}, 最高 = {}", temps.min, temps.max);
}