m04-zero-cost

ゼロコスト抽象化

レイヤー 1：言語の仕組み

中心となる問い

コンパイル時または実行時のポリモーフィズムが必要ですか？

ジェネリクスとトレイトオブジェクトのどちらかを選ぶ前に、次を確認します。

• コンパイル時に型が判明していますか？
• 異種コレクションが必要ですか？
• パフォーマンスで何を優先しますか？

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エラー → 設計上の問い

エラー	ただ言うのではなく	代わりに問う
E0277	「トレイト境界を追加する」	この抽象化は適切なレベルですか？
E0308	「型を修正する」	型を統一するべきですか、それとも別々にするべきですか？
E0599	「トレイトをインポートする」	このトレイトは適切な抽象化ですか？
E0038	「オブジェクトセーフにする」	動的ディスパッチは本当に必要ですか？

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思考のヒント

トレイト境界を追加する前に、次を確認します。

1. どのような抽象化が必要ですか？

   • 動作は同じで型が異なる → トレイト
   • 動作は異なり、型は同じ → enum
   • 抽象化は不要 → 具象型

2. 型はいつ判明しますか？

   • コンパイル時 → ジェネリクス（静的ディスパッチ）
   • 実行時 → トレイトオブジェクト（動的ディスパッチ）

3. どのトレードオフを優先しますか？

   • パフォーマンス → ジェネリクス
   • コンパイル時間 → トレイトオブジェクト
   • 柔軟性 → 状況によります

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上位をたどる ↑

型システムに阻まれた場合：

E0277 (trait bound not satisfied)
    ↑ Ask: Is the abstraction level correct?
    ↑ Check: m09-domain (what behavior is being abstracted?)
    ↑ Check: m05-type-driven (should use newtype?)

解消しないエラー	たどり先	問い
複雑なトレイト境界	m09-domain	抽象化は適切ですか？
オブジェクトセーフティの問題	m05-type-driven	typestate が役立ちますか？
型の爆発	m10-performance	dyn のオーバーヘッドを許容できますか？

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下位をたどる ↓

設計から実装へ：

"Need to abstract over types with same behavior"
    ↓ Types known at compile time → impl Trait or generics
    ↓ Types determined at runtime → dyn Trait

"Need collection of different types"
    ↓ Closed set → enum
    ↓ Open set → Vec<Box<dyn Trait>>

"Need to return different types"
    ↓ Same type → impl Trait
    ↓ Different types → Box<dyn Trait>

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クイックリファレンス

パターン	ディスパッチ	コードサイズ	実行時コスト
fn foo<T: Trait>()	静的	+肥大化	ゼロ
fn foo(x: &dyn Trait)	動的	最小	vtable 検索
impl Trait return	静的	+肥大化	ゼロ
Box<dyn Trait>	動的	最小	割り当て + vtable

構文の比較

// Static dispatch - type known at compile time
fn process(x: impl Display) { }      // argument position
fn process<T: Display>(x: T) { }     // explicit generic
fn get() -> impl Display { }         // return position

// Dynamic dispatch - type determined at runtime
fn process(x: &dyn Display) { }      // reference
fn process(x: Box<dyn Display>) { }  // owned

エラーコードリファレンス

エラー	原因	簡単な修正
E0277	型がトレイトを実装していない	impl を追加するか、境界を変更する
E0308	型が一致しない	ジェネリックパラメーターを確認する
E0599	メソッドが見つからない	use でトレイトをインポートする
E0038	トレイトがオブジェクトセーフではない	ジェネリクスを使うか、設計を見直す

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選択ガイド

シナリオ	選択	理由
パフォーマンスが重要	ジェネリクス	実行時コストがゼロ
異種コレクション	dyn Trait	実行時に型が異なる
プラグインアーキテクチャ	dyn Trait	コンパイル時に型が不明
コンパイル時間の短縮	dyn Trait	単相化が少ない
小規模で既知の型セット	enum	間接参照がない

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オブジェクトセーフティ

トレイトが次の条件を満たす場合、オブジェクトセーフです。

• Self: Sized 境界を持たない
• Self を返さない
• ジェネリックメソッドを持たない
• オブジェクトセーフでないメソッドには where Self: Sized を使う

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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
すべてを過度にジェネリックにする	コンパイル時間、複雑さ	可能な場合は具象型を使う
型が既知なのに dyn を使う	不要な間接参照	ジェネリクス
複雑なトレイト階層	理解しにくい	よりシンプルな設計
オブジェクトセーフティを無視する	柔軟性が制限される	必要に応じて dyn を使えるよう計画する

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関連スキル

場合	参照先
型駆動設計	m05-type-driven
ドメインの抽象化	m09-domain
パフォーマンスに関する懸念	m10-performance
Send/Sync 境界	m07-concurrency