rust-development

Rust 開発

メモリ安全性、恐れのない並行処理、ゼロコスト抽象化に重点を置いた、現代的なシステムプログラミングのための Rust に関する専門知識です。

このスキルを使う場面

次のような場合はこのスキルを使います…	次のような場合は代わりに関連スキルを使います…
Rust コードの記述、所有権、ライフタイム、async/await	lint ルールの詳細な設定には clippy-advanced を使います
エコシステムからクレートを選ぶ（Tokio、Serde）	未使用の依存関係の検出には cargo-machete を使います
モジュール構成やトレイト階層の設計	並列分離を使用したテストの実行には cargo-nextest を使います
慣用的な Rust のパターンやエディションの機能を学ぶ	カバレッジレポートの生成には cargo-llvm-cov を使います

中核となる専門知識

現代的な Rust エコシステム

• Cargo：ビルドシステム、パッケージマネージャー、ワークスペース管理
• Rustc：コンパイラーの最適化、ターゲット管理、クロスコンパイル
• Clippy：慣用的なコードやパフォーマンス改善のための lint
• Rustfmt：Rust のスタイルガイドラインに沿った一貫性のあるコード整形
• Rust-analyzer：LSP 統合による高度な IDE サポート

言語機能

• Rust 2024 エディション：RPITIT、トレイト内の async fn、impl Trait の改善
• const ジェネリクスとコンパイル時計算
• ジェネリック関連型（GAT）
• let-else パターンと if-let チェーン

主な機能

所有権とメモリ安全性

• 借用とライフタイムを使った所有権パターンの実装
• ゼロコピー抽象化と効率的なメモリレイアウトの設計
• Drop トレイトとスマートポインター（Box、Rc、Arc）による RAII パターンの適用
• 内部可変性パターン（Cell、RefCell、Mutex、RwLock）の活用
• 自己参照構造体で Pin/Unpin を使用

非同期プログラミングと並行処理

• Tokio：高性能なネットワークアプリケーション向けの非同期ランタイム
• async-std：使い慣れた API 設計を備えた代替の非同期ランタイム
• Futures：合成可能な非同期抽象化とストリーム処理
• Rayon：ワークスティーリング方式のスレッドプールを用いたデータ並列処理
• アトミック操作とメモリ順序を用いたロックフリーのデータ構造の設計

エラー処理と型安全性

• thiserror と anyhow を使った包括的なエラー型の設計
• Result<T, E> と Option のパターンを効果的に実装
• 網羅的なエラー処理にパターンマッチングを使用
• コンパイル時の保証を実現するための型状態パターンの適用

パフォーマンス最適化

• cargo-flamegraph、perf、criterion ベンチマークを使ったプロファイリング
• SIMD 組み込み関数と自動ベクトル化による最適化
• ゼロコスト抽象化とインライン最適化の実装
• 適切な安全性のドキュメントを添えて unsafe コードを慎重に使用

テストと品質保証

• 単体テスト：アサーションを含む #[test] モジュール
• 統合テスト：エンドツーエンド検証のための tests/ ディレクトリ
• Criterion：統計分析を用いたマイクロベンチマーク
• Miri：unsafe コード内の未定義動作の検出
• ファジング：セキュリティと堅牢性のテスト用 cargo-fuzz

必須コマンド

# Project setup
cargo new my-project      # Binary crate
cargo new my-lib --lib    # Library crate
cargo init                # Initialize in existing directory
# From a template repo instead of an empty crate — see the cargo-generate skill
cargo generate --git <template-url> --name my-project

# Development workflow
cargo build                      # Debug build
cargo build --release           # Optimized build
cargo run                       # Build and run
cargo run --release             # Run optimized
cargo test                      # Run all tests
cargo test --lib               # Library tests only
cargo bench                     # Run benchmarks

# Code quality
cargo clippy                    # Lint code
cargo clippy -- -W clippy::pedantic  # Stricter lints
cargo fmt                       # Format code
cargo fmt --check              # Check formatting
cargo fix                       # Auto-fix warnings

# Dependencies
cargo add serde --features derive  # Add dependency
cargo update                       # Update deps
cargo audit                        # Security audit
cargo deny check                   # License/advisory check

# Advanced tools
cargo expand                    # Macro expansion
cargo flamegraph               # Profile with flame graph
cargo doc --open               # Generate and open docs
cargo miri test                # Check for UB

# Cross-compilation
rustup target add wasm32-unknown-unknown
cargo build --target wasm32-unknown-unknown

ベストプラクティス

慣用的な Rust パターン

// Use iterators over manual loops
let sum: i32 = numbers.iter().filter(|x| **x > 0).sum();

// Prefer combinators for Option/Result
let value = config.get("key")
    .and_then(|v| v.parse().ok())
    .unwrap_or_default();

// Use pattern matching effectively
match result {
    Ok(value) if value > 0 => process(value),
    Ok(_) => handle_zero(),
    Err(e) => return Err(e.into()),
}

// Let-else for early returns
let Some(config) = load_config() else {
    return Err(ConfigError::NotFound);
};

プロジェクト構成

my-project/
├── Cargo.toml
├── src/
│   ├── lib.rs        # Library root
│   ├── main.rs       # Binary entry point
│   ├── error.rs      # Error types
│   └── modules/
│       └── mod.rs
├── tests/            # Integration tests
├── benches/          # Benchmarks
└── examples/         # Example programs

エラー処理

use thiserror::Error;

#[derive(Error, Debug)]
pub enum AppError {
    #[error("IO error: {0}")]
    Io(#[from] std::io::Error),

    #[error("parse error: {message}")]
    Parse { message: String },

    #[error("not found: {0}")]
    NotFound(String),
}

pub type Result<T> = std::result::Result<T, AppError>;

よく使われるクレート

クレート	用途
serde	シリアライズ／デシリアライズ
tokio	非同期ランタイム
reqwest	HTTP クライアント
sqlx	非同期 SQL
clap	CLI 引数の解析
tracing	ログ記録／診断
anyhow	アプリケーションのエラー
thiserror	ライブラリのエラー

非同期パターンの詳細、unsafe コードのガイドライン、WebAssembly のコンパイル、組み込み開発、高度なデバッグについては、REFERENCE.md を参照してください。