m02-resource

リソース管理

レイヤー 1：言語の仕組み

基本的な問い

このリソースにはどの所有パターンが必要ですか？

スマートポインターを選ぶ前に、次の点を確認してください。

• 所有者は単一ですか、それとも共有されますか？
• アクセスは単一スレッドですか、それともマルチスレッドですか？
• 循環参照が発生する可能性はありますか？

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エラー → 設計上の問い

エラー	ただ言うだけではなく	代わりに尋ねる
「ヒープ割り当てが必要」	「Box を使う」	なぜスタックに置けないのですか？
Rc のメモリリーク	「Weak を使う」	設計上、その循環参照は必要ですか？
RefCell のパニック	「try_borrow を使う」	実行時チェックは適切な方法ですか？
Arc のオーバーヘッドへの不満	「受け入れる」	本当にマルチスレッドアクセスが必要ですか？

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考えるためのプロンプト

スマートポインターを選ぶ前に、次の点を確認してください。

1. 所有モデルはどのようなものですか？

   • 単一所有者 → Box または所有値
   • 共有所有 → Rc/Arc
   • 弱参照 → Weak

2. スレッドの状況はどうなっていますか？

   • シングルスレッド → Rc、Cell、RefCell
   • マルチスレッド → Arc、Mutex、RwLock

3. 循環参照はありますか？

   • はい → 一方向は Weak にする必要があります
   • いいえ → 通常の Rc/Arc で問題ありません

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ポインターの選択がはっきりしない場合は、設計までたどってください。

"Should I use Arc or Rc?"
    ↑ Ask: Is this data shared across threads?
    ↑ Check: m07-concurrency (thread model)
    ↑ Check: domain-* (performance constraints)

状況	たどる先	質問
Rc と Arc のどちらにするか迷う	m07-concurrency	並行処理モデルはどのようなものですか？
RefCell のパニック	m03-mutability	ここで内部可変性を使うのは適切ですか？
メモリリーク	m12-lifecycle	クリーンアップはどこで行うべきですか？

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設計から実装へ：

"Need single-owner heap data"
    ↓ Use: Box<T>

"Need shared immutable data (single-thread)"
    ↓ Use: Rc<T>

"Need shared immutable data (multi-thread)"
    ↓ Use: Arc<T>

"Need to break reference cycle"
    ↓ Use: Weak<T>

"Need shared mutable data"
    ↓ Single-thread: Rc<RefCell<T>>
    ↓ Multi-thread: Arc<Mutex<T>> or Arc<RwLock<T>>

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クイックリファレンス

型	所有権	スレッドセーフ	使用する場面
Box<T>	単一	はい	ヒープ割り当て、再帰型
Rc<T>	共有	いいえ	シングルスレッドでの共有所有
Arc<T>	共有	はい	マルチスレッドでの共有所有
Weak<T>	弱参照	Rc/Arc と同じ	参照サイクルを断つ
Cell<T>	単一	いいえ	内部可変性（Copy 型）
RefCell<T>	単一	いいえ	内部可変性（実行時チェック）

判断フローチャート

Need heap allocation?
├─ Yes → Single owner?
│        ├─ Yes → Box<T>
│        └─ No → Multi-thread?
│                ├─ Yes → Arc<T>
│                └─ No → Rc<T>
└─ No → Stack allocation (default)

Have reference cycles?
├─ Yes → Use Weak for one direction
└─ No → Regular Rc/Arc

Need interior mutability?
├─ Yes → Thread-safe needed?
│        ├─ Yes → Mutex<T> or RwLock<T>
│        └─ No → T: Copy? → Cell<T> : RefCell<T>
└─ No → Use &mut T

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よくあるエラー

問題	原因	修正方法
Rc の循環参照によるリーク	相互に強参照している	一方向に Weak を使う
RefCell のパニック	実行時の借用競合	try_borrow を使うか、構成を見直す
Arc のオーバーヘッド	ホットパスでのアトミック操作	シングルスレッドなら Rc を検討する
Box が不要	データがスタックに収まる	Box を取り除く

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アンチパターン

アンチパターン	問題点	より良い方法
どこでも Arc を使う	不要なアトミック操作のオーバーヘッド	シングルスレッドでは Rc を使う
どこでも RefCell を使う	実行時パニック	所有関係を明確に設計する
小さな型に Box を使う	不要な割り当て	スタック割り当て
循環参照で Weak を使わない	メモリリーク	Weak を使った親子関係を設計する

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関連スキル

場合	参照先
所有権エラー	m01-ownership
内部可変性の詳細	m03-mutability
マルチスレッドの状況	m07-concurrency
リソースのライフサイクル	m12-lifecycle