簡単なシェルを作ってRustを学ぼう

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簡単なシェルを作って
Rustを学ぼう🦀
TaKO8Ki
2022/10/27 Rustハンズオンイベント

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● A member of
Rust compiler team
contributors
● Love OSS
● Live in Kyoto
I’m TaKO8Ki.
GitHub: @TaKO8Ki

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はじめに

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はじめに
2時間弱のイベントなので、
自由に寝そべったり、好みの姿勢を取った
り、ふらっとトイレに行ったりしていただ
いて問題ないです！

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はじめに
CommentScreenを使ってコメントできます 

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はじめに
https://commentscreen.com/comments?room=rust-hands-on
QRコードはしばらくスライドの端に載せておきます
room nameは「rust-hands-on」
CommentScreenを使ってコメントできます

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Table of Contents
● 今日作るもの
● Rustの基本的なところ
● ハンズオン 🦀
rust-hands-on

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今日作るもの

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Rustの基本的なとこ
ろ

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Rustの基本的なところ
まだRustを書いたことがない人は、
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
https://www.rust-lang.org/tools/install
rust-hands-on

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使いそうなツール 
# Build
$ cargo build
# Lint
$ cargo clippy
# Format
$ cargo fmt
rust-hands-on

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rust-hands-on
LSPを使うなら、
RustのためのLSP実装。IDE用のRustコンパイラフロントエ
ンド。
VSCodeならExtensionを入れるだけ。
https://rust-analyzer.github.io/manual.html#installation

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Rustのどこが難しいと思いま
すか？

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所有権?

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borrow checker?

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lifetime?

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rust-hands-on
メモリマネジメントの手法
● 手動でメモリ管理する
● Garbage collection

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rust-hands-on
メモリマネジメント
● 手動でメモリ管理する
● Garbage collection
● RAII - Resource Acquisition Is Initialization
> 日本語では「リソース取得は初期化である」「リソースの確保は初期化時に」
「リソースの取得と初期化」などの意味を持ち、資源（リソース）の確保と解放
を、クラス型の変数の初期化と破棄処理に結び付けるというプログラミングのテク
ニックである。
https://ja.wikipedia.org/wiki/RAII

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rust-hands-on
Rustのメモリマネジメント
Rustは、所有権と借用によってエイリアシングとミューテーションの両方
が同時に起こらないことを保証している。

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rust-hands-on
let s = String::new();
所有権(ownership)とは？
● 新しいオブジェクトを作ると、代入された変数はそのオブジェクトの
オーナーになる。
● いかなる時もオーナーは一つだけ。
● オーナーがスコープを抜けたらオブジェクトはドロップされる。

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fn main() {
let a = String::new("foo");
let b = s;
println!("{}", a);
}
rust-hands-on

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rust-hands-on
error[E0382]: borrow of moved value: `s`
--> src/main.rs:4:20
|
2 | let s = String::new();
| - move occurs because `s` has type `String`,
which does not implement the `Copy` trait
3 | let p = s;
| - value moved here
4 | println!("{}", s);
| ^ value borrowed here after move
|

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fn main() {
let a = String::new("foo");
let b = s; // bが新しいオーナー
println!("{}", a);
}
rust-hands-on

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fn main() {
let a = String::new("hello");
let b = s; // bが新しいオーナー
println!("{}", a); // moveされた値を使っているのでエラー
}
メモリの二重解放を防ぐことができる。
rust-hands-on

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rust-hands-on
moveが起こらないケース
fn main() {
let a: u32 = 3;
let b = a; // コピー
println!("{}", a);
}
Copy Traitが実装されている型はmoveが起こらず値がコピーされる。

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rust-hands-on
Copy Traitが実装されている型の一部:
● 整数型 (u32など)
● bool
● 浮動小数点型 (f64)
● char。
● Copyの型だけを含むタプル。
例えば、(i32, i32) はこれに含まれるが、 (i32, String) は含まれない。

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rust-hands-on
借用(borrow)とは？
fn main() {
let a = String::from("hello");
let b = &a;
a.len();
b.len();
}

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rust-hands-on
fn main() {
let a = String::from("hello");
let b = &a;
let c = &a; // 複数借用することも可能
a.len();
b.len();
c.len();
}

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rust-hands-on
fn main() {
let a: &Vec;
{
let b = Vec::new();
a = &b;
} // bはここでドロップされる
a.len(); // オーナーbがドロップされているのでエラー
}
エイリアスは可能だが参照はオブジェクトより長生きできない

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rust-hands-on
error[E0597]: `b` does not live long enough
|
5 | a = &b;
| ^^ borrowed value does not live long
enough
6 | } //v is dropped here
| - `b` dropped here while still borrowed
7 | a.len(); //error:borrowed value does not live
long enough
| ------- borrow later used here

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rust-hands-on
ミュータブルな借用
fn main() {
let mut a = String::from("hello");
let b = &mut a; // 1つ目のミュータブルな参照
let c = &mut a; // 2つ目のミュータブルな参照
b.push_str("a"); // cannot borrow `a` as mutable
more than once at a time
}
ミュータブルな参照は一度に一つだけ。

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rust-hands-on
ミュータブルな借用
fn main() {
let mut a = vec![0, 1, 2, 3];
let b = &a[0]; // vecの最初の要素へのイミュータブルな参照
a.clear();
let c = *b; // 無効なメモリにアクセスする可能性がある
}
イミュータブル、ミュータブルな参照が同時に可能だと、

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rust-hands-on
ライフタイム
fn main() {
let r; // ---------+-- 'a
// |
{ // |
let x = 5; // -+-- 'b |
r = &x; // | |
} // -+ |
// |
println!("r: {}", r); // |
} // ---------+
全ての参照はライフタイムを持っている。
bがaより小さい

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rust-hands-on
ライフタイム
fn main() {
let x = 5; // ----------+-- 'b
// |
let r = &x; // --+-- 'a |
// | |
println!("r: {}", r); // | |
// --+ |
} // ----------+
コンパイルを通すには、
bがaより大きくなった

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関数に対するライフタイム
fn main() {
let string1 = String::from("abcd");
let string2 = "xyz";
let result = longest(string1.as_str(), string2);
println!("The longest string is {}", result);
}
長い方のStringを返すような関数を書いたとする。

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rust-hands-on
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
if x.len() > y.len() {
x
} else {
y
}
}
長い方のStringを返すような関数を書いたとする。

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rust-hands-on
下記のようにコンパイルエラーになる。
error[E0106]: missing lifetime specifier
|
9 | fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
| ---- ---- ^ expected named lifetime parameter
|
= help: this function's return type contains a borrowed value, but the
signature does not say whether it is borrowed from `x` or `y`
help: consider introducing a named lifetime parameter
|
9 | fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
| ++++ ++ ++ ++

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rust-hands-on
fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
x
} else {
y
}
}
コンパイラはx、yどちらが返り
値になるか分からないので返り
値のライフタイムが有効かも分
からない

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rust-hands-on
error[E0106]: missing lifetime specifier
|
9 | fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
| ---- ---- ^ expected named lifetime parameter
|
= help: this function's return type contains a borrowed value, but the
signature does not say whether it is borrowed from `x` or `y`
help: consider introducing a named lifetime parameter
|
9 | fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
| ++++ ++ ++ ++

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rust-hands-on
fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str
{
x
} else {
y
}
}
引数と返り値にライフタイムをコンパイラに教えてやる。

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rust-hands-on
ライフタイム注釈
&Vec // 参照
&'a Vec // ライフタイムを明示した参照
&'a mut Vec // ライフタイムを明示したミュータブルな参照
この注釈は「少なくともライフタイム 'aと同じだけ生きる」ということを意味している。

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rust-hands-on
fn main() {
let string1 = String::from("long string is long" );
{
let string2 = String::from("xyz");
let result = longest(string1.as_str(),
string2.as_str());
} // string2、resultはここまで生きる
} // string1 はここまで生きる
コンパイルできる例

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rust-hands-on
fn main() {
let string1 = String::from("long string is long" );
let result;
{
let string2 = String::from("xyz");
result = longest(string1.as_str(), string2 .as_str());
} // string2はここまで生きる
} // string1、resultはここまで生きる
コンパイルできない例
返り値のライフタイムは引数の内小さい方のもの(string2のライフタイム)と同じと解釈される

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rust-hands-on
コンパイルできない例
error[E0597]: `string2` does not live long enough
|
6 | result = longest(string1.as_str(),
string2.as_str());
| ^^^^^^^^^^^^^^^^
borrowed value does not live long enough
7 | }
| - `string2` dropped here while still borrowed
8 | println!("The longest string is {}", result);
| ------ borrow
later used here

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rust-hands-on
Structへのライフタイム注釈
struct ImportantExcerpt<'a> {
part: &'a str,
}

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Methodへのライフタイム注釈
impl<'a> ImportantExcerpt<'a> {
fn level(&self) -> i32 {
3
}
}

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rust-hands-on
Staticなライフタイム
let s: &'static str = "I have a static lifetime."
;
特別なライフタイムとして、'staticがある。
これは、その参照がプログラムが終了するまで生き続けることを示している。
static NUM: i32 = 18;
'staticライフタイムを注釈して定数を定義する。

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rust-hands-on
staticとconst
static FOO: &str = "foo";
const BAR: i32 = 10;
● const: 不変な値
● static: 'staticライフタイムを持つ変更可能な値。mutableな物へのアクセスや
変更はunsafeです。

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ハンズオン 🦀

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rust-hands-on
雛形を作ろう
PRに沿って実装していく用のRepository(途中まで):
https://github.com/TaKO8Ki/smash
完全版Repository: https://github.com/TaKO8Ki/toy-shell
※ 自分もシェル初心者なのでバグやら実装ミスやらあればissue投げてい
ただけるとありがたいです。(toy-shellの方へ)

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rust-hands-on
雛形を作ろう
$ cargo new # crate作る
# first commit見てmain.rsとConfig.tomlをコピペ。CI回す場合
は、.github/workflows/ci.ymlも
$ cargo run # 実行
$ RUST_LOG=smash::event=debug cargo run
$ cargo test # #[test] cfg(test)

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rust-hands-on
多分ここまでが限界
- Implement exit
https://github.com/TaKO8Ki/smash/pull/7
- Visit simple command
https://github.com/TaKO8Ki/smash/pull/6

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参考
● HashRust - experieance the joy of Rust https://hashrust.com
● Validating References with Lifetimes
https://doc.rust-lang.org/book/ch10-03-lifetime-syntax.html
● constants - Rust By Example
https://doc.rust-lang.org/rust-by-example/custom_types/constants.html
● A command-line shell like ﬁsh, but POSIX compatible.
https://github.com/nuta/nsh

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