Rust でジェネレータを作ったり，遅延評価してみる

はじめに#

日本時間の2015年5月16日に Rust 1.0 がリリースされた．というわけで，4月末頃から延々と「書こう書こう」と言っていた記事を，いい加減に書こうと思う．

これまでの流れ#

イテレータの例#

fn main() {
    let arr = [0, 1, 2, 3];  // 要素は4つしかない
    let mut iter = arr.iter();

    for _ in 0..5 {  // ループを5回回してみる
        match iter.next() {
            Some(x) => println!("{}", x),
            None    => println!("I don't have values anymore!")
        }
    }
}

このコードの出力結果は以下のようになる．

0
1
2
3
I don't have values anymore!

イテレータの内部に返すべき値 x が残っていれば，Some(x) を，残っていなければ None を返している様子がわかる．このように，Rust のイテレータの next() メソッドは一般に Option<T> を返す．一方，for ... in は，イテレータから None を得た際に自動的にループを終了する．こちらも簡単な例で示しておく．

fn main() {
    let arr = [0, 1, 2, 3];
    let iter = arr.iter();
    for i in iter {  // 0 1 2 3 と順に表示する
        println!("{}", i)
    }
}

もちろん，上の例で示したように，for i in 0..4 { ... } と書くこともできる．また，next() メソッドなどの，イテレータ内部の状態を変化させるメソッドを使用しない場合，変数に mut キーワードを付けて宣言する必要はない．

Rust のイテレータについて#

外部イテレータのためのインターフェースとして，std::iter::Iterator というトレイト^*1が用意されており，このトレイトを実装したデータ型は，イテレータとして振る舞うことができる^*2．データ型に対してこのトレイトを実装する手順は以下の2つである．

Item associated type でイテレータが返す値の型を宣言する
next() メソッドを実装する

next() メソッドの型シグネチャは fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> となっている．

フィボナッチ数列を返すイテレータ#

実際に，整数の二つ組を持った構造体 Fibonacci に対して，Iterator トレイトを実装してみよう．

struct Fibonacci {
    state: (u64, u64)
}

impl Iterator for Fibonacci {
    type Item = u64;

    fn next(&mut self) -> Option<u64> {
        let (a, b) = self.state;
        self.state = (b, a + b);

        Some(a)
    }
}

impl Fibonacci {
    fn new() -> Fibonacci {
        Fibonacci { state: (0, 1) }
    }
}

next() メソッドを実行する度に，イテレータが内部の状態を変えつつ，Option<u64> 型の値を返す様子がわかる．また，new() associated function で，最初の2項である 0, 1 を持った Fibonacci 構造体を作って返すようにした．

fn main() {
    let mut fib = Fib::new();

    println!("{}", fib.next().unwrap()); // 0
    println!("{}", fib.next().unwrap()); // 1
    println!("{}", fib.next().unwrap()); // 1
    println!("{}", fib.next().unwrap()); // 2
    println!("{}", fib.next().unwrap()); // 3
}

また，main() 関数の中身を以下のように書き換えてみよう．

fn main() {
    for i in Fibonacci::new()
        .map(|x| x.pow(2))
        .filter(|x| x % 2 == 1)
        .take(10)
    {
        println!("{}", i);
    }
}

このコードの出力結果は以下のようになる．

脚注#

*1: Haskell における型クラスのようなものと考えてもらえばよい．

*2: 詳細は前述のドキュメントを参照のこと．