投稿2021/01/27 13:57
編集2021/01/27 14:04Rustの勉強を少し前から始めました。
Rustのプログラムで全体から参照される設定データを持つ方法を探しています。今回はサンプルですので、コマンドライン引数の0番目と1番目、つまり自分自身の名前と最初の引数を保持することにします。実用面はないかも知れませんが、サンプルということでご了承ください。
練習帳に次のようなコードを書きました。一応コンパイルは通りますが、釈然としない点がいくつかあります。
use lazy_static::lazy_static; lazy_static! { static ref argv0: String = { let args: Vec<String> = std::env::args().collect(); let s = args[0].clone(); s }; static ref argv1: String = String::new(); } fn get_str_ref() -> &'static str { &argv0 } pub(crate) fn init(args: Vec<String>) { println!("{}", get_str_ref()); // println!("{}", &argv0); }
色々調べたところ、Rustではグローバル変数は推奨されていないようです。確かに、野放図にグローバル変数を使うと、どこからアクセスされるかわからないし、バグの温床なのはわかります。
しかし、アプリの起動時など（設定ファイルをロードしたときとか）に値を設定して、あとは基本的に変更しない（読み込みだけ）場合はグローバル変数は便利だと思います。
今回はVec<String>でコマンドライン引数を受け取ることにします。コンパイルを通すためにlazy_static!の中でstd::env::args().collect()していますが、これをしたくありません。これは例であって、呼び出し元から情報を渡したり、あるいは何らかの処理をした結果をグローバル変数に入れたいと思います。例えばアプリ名のMD5ハッシュを記録しておきたいなど。
Q&Alazy_static!内で初期化したくない、init()で初期化したいわかっていないだけかも知れませんが、lazy_static!には外部から情報を渡して初期化できないようですが、それだと使いにくいのです。外部で色々処理をして、その後にinit()を呼んでグローバル変数を設定したほうが自由度が高く自然だと思うのですが、これはRustの理解が足りないからでしょうか。
今回は初期化後はイミュータブル（固定）でよいのですが、今後はミュータブル（値書き換え可能）なグローバル変数を作りたくなるかも知れませんので、この場を借りて同時に質問させてください。
lazy_static!にStringを組み合わせた例が少ない色々検索したのですが、どういうわけかlazy_static!にStringを用いた例があまり見つかりませんでした。
lazy_static!の値を参照したい今回は単純にprintln!()していますが、値を参照する際によくわからない問題に遭遇しました。
fn get_str_ref() -> &'static str { &argv0 }
という関数を用意した上で
pub(crate) fn init(args: Vec<String>) { println!("{}", get_str_ref()); // println!("{}", &argv0); }
すると値を表示できます。しかしコメントアウトしてあるほうは
argv0` cannot be formatted with the default formatter
とか
`argv0` doesn't implement `std::fmt::Display`
というエラーが出ます。エラーの意味はおおよそ見当が付きます（C++のoperator<<みたいなものでたぶん独自の型でstd::fmt::Displayを実装しておけばprintln!()できるのでしょう）が、get_str_ref()はただリファレンスを取得して返すだけの関数です。そしてargv0はStringなのでprintln!()できるはずです。
この2つは何が違うのでしょうか？ただ値を表示するだけなのにリファレンスを取得する関数を書かないといけないのは不便なので原因を知りたいと思います。このリファレンス取得関数は英語の質問サイト（アドレス失念）で見つけました。
C++の問題点やRustの理念は一応本で読みました。確かにC++は野放図に使うとバグだらけで手に負えないプログラムになるので、Rustのように制約を課して危ないコードはコンパイルできないようにするのは理に適っていると思います。
しかし、グローバルの設定データのようなものは、適切にnamespaceを設定して、その中で変数名もxとかiみたいな外でも出てきそうな安易な名前を避ければ安全かつ簡単に扱えると思います。C++例：
namespace globalSettings { std::string programName; std::string workingDirectory; std::string userName; }
これならこの値を参照したい、あるいは書き換えたいときにglobalSettings::workingDirectoryを操作するだけです。間違って上書きすることも人並みの注意力があればしないでしょう。
Rustの所有権や借用の理念はわかりますが、このlazy_static!については不便すぎではないかと感じていますが、たぶん私がまだRustを始めたばかりで理解が浅いのだと思います。
漠然とした質問になりますが、こういう設定データを扱う場合のRustらしい書き方はありますか？lazy_static!を使ったこと自体がC++の考え方をひきずっているのかも知れないと思い、この質問を追加しました。
よろしくおねがいします。
回答4件
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二方から回答がついていますが、別の角度からの回答も加えてみようと思います。
アプリケーションの設定をプログラム起動時に初期化して、以後ずっと使い続けるというのはよくあるシチュエーションです。そういうときの典型的な書き方はデータを構造体に持たせて、データを使う処理はその構造体のメソッドにするというやり方です。
rust
1struct App { 2 s: String, 3} 4 5impl App { 6 pub fn init(mut args: Vec<String>) -> Self { 7 let app = Self { s: args.remove(0) }; 8 println!("{}", app.get_str_ref()); 9 app 10 } 11 12 pub fn get_str_ref(&self) -> &str { 13 &self.s 14 } 15}
ミュータブルにしたければ &mut self とすれば変更できますし、安全でない使い方をしようとしたらRustのコンパイラがみつけてくれます。
投稿2021/01/27 23:04
総合スコア468
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ベストアンサー
最初にお伝えしておきたいのですが、Rustのグローバル変数(static)は根本的に不便なものです。
C++のようなグローバル変数はどのスレッドからでも好き勝手に触れるので、Rustのstaticは安全性を守るために以下の2つの方法でしか使えないようになっています。
static : コンパイル時に決定する初期値を使って、実行開始時に初期化してそれ以降変更しないstatic mut : どこからでも好きに変更できるが、使用は自己責任(unsafe)この不便さを緩和するために使われているのがlazy_staticなどのクレートです。
ところで、最近はlazy_staticではなくonce_cellなどの他のクレートを使うのがトレンドです。
と言うのも、lazy_staticは実装がマクロで隠蔽されているためわかりづらかったり、単純に利用する上で柔軟性が低かったりするためです。
以下の回答では once_cell を使ったコードを提示します。
- init()でグローバル変数を初期化したい
OnceCellを使うことで、static変数に後から値を入れることができます。
use once_cell::sync::OnceCell; static argv0: OnceCell<String> = OnceCell::new(); static argv1: OnceCell<String> = OnceCell::new(); pub(crate) fn init(args: Vec<String>) { let args: Vec<String> = std::env::args().collect(); argv0.set(args[0].clone()).unwrap(); argv1.set(String::new()).unwrap(); println!("{}", argv0.get().unwrap()); }
- lazy_static!の値を参照したい
lazy_staticは各変数に対してDerefを実装したユニークな型を実装しているようです。
つまり、argv0は型argv0の変数であって型Stringではないわけです。
Derefで元の型に戻るように実装されているので、&argv0はStringです。
(こういう隠れた型があることもlazy_staticが置き換えられた理由かもしれない)
- C++との違い
上の説明と重なりますが、C++のグローバル変数はRust的には非常に危険です。
Rustの設計思想としてコンパイル時にデータレースを起こすものを弾くようになっているので、そのためにstaticはこのような設計になっています。
もちろんその設計を超えて何かをしたいこともあるので、人間が全ての責任を負うstatic mutも用意されています。
回答が長くなってしまいすみません。
投稿2021/01/27 16:32
総合スコア172
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lazy_static!の値を参照したい
この質問に対する回答です。
エラーになる理由は、すでに他の回答に書かれているとおりです。
lazy_staticは各変数に対してDerefを実装したユニークな型を実装しているようです。
つまり、argv0は型argv0の変数であって型Stringではないわけです。
Derefトレイトは参照外し（dereferencing）のタイミングで値を別の型へ変換するしくみを提供します。（ドキュメント） つまり、グローバル変数argv0の値は、*argv0のように参照外しすることでString型の値に変換できます。
従って、このエラーになる文を、
rust
1println!("{}", &argv0);
以下のように変更するとコンパイルエラーが解消します。
rust
1println!("{}", &*argv0);
なお、cargo-expandというコマンドを使うと、lazy_static!などのマクロが展開された結果を簡単に確認できます。
インストール
cargo-expandは以下のコマンドでインストールできます。なお、cargo-expandを実行時にRust nightlyツールチェーンが必要になりますので、rustupを使ってそちらもインストールします。
console
1$ cargo install cargo-expand 2$ rustup install nightly
実行
console
1$ cd <Cargo.tomlが置かれたディレクトリ> 2$ cargo expand
実行結果の例
rust
1struct argv0 { 2 __private_field: (), 3} 4#[doc(hidden)] 5static argv0: argv0 = argv0 { 6 __private_field: (), 7}; 8impl ::lazy_static::__Deref for argv0 { 9 type Target = String; 10 fn deref(&self) -> &String {
展開されたコードでは、lazy_static::__Derefというトレイトを実装していますが、これはDerefトレイトの別名です。
lazy-static.rs/src/lib.rs#L118
rust
1pub use core::ops::Deref as __Deref;
投稿2021/01/28 01:26
編集2021/02/01 09:39総合スコア2035
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ミュータブルの方がいい場合もある
今回は初期化後はイミュータブル（固定）でよいのですが、今後はミュータブル（値書き換え可能）なグローバル変数を作りたくなるかも知れませんので、この場を借りて同時に質問させてください。
この質問に対する回答です。
ミュータブルなグローバル変数ですが、 static mut 変数を使うのは未定義動作に遭遇することがあるためお勧めしません。詳しくはこちらの記事を参照してください。
ここではお勧めの方法のひとつとして、以下を組み合わせる方法を紹介します。
static 変数once_cell クレートstd クレート（標準ライブラリ）の Mutexstatic 変数は複数のスレッドがら同時にアクセスされる可能性があるので、ミュータブルにするには Mutex のような型でラップする必要があります。（そうしないとコンパイルできません） Mutex はマルチスレッド対応のロックの一種で、 Sync トレイトを実装した上で、内部のミュータビリティ（interior mutability）を提供します。
rust
1// Cargo.toml 2// 3// [dependencies] 4// once_cell = "1" 5 6use once_cell::sync::OnceCell; 7use std::{error::Error, sync::Mutex}; 8 9// 設定情報。設定自体はString型だが、ミュータブルかつマルチスレッドからの 10// アクセスに対応するために、Mutex型でラップする 11static MY_SETTING: OnceCell<Mutex<String>> = OnceCell::new(); 12 13fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> { 14 15 // 設定情報を初期化する 16 init()?; 17 println!("{}", MY_SETTING.get().unwrap().lock()?); 18 19 // 設定情報を変更する 20 MY_SETTING 21 .get() 22 .unwrap() 23 // ロックを取得する 24 .lock() 25 // ロックで守られた情報（String）を変更する 26 .map(|mut s| *s = "Updated setting".into())?; 27 28 println!("{}", MY_SETTING.get().unwrap().lock()?); 29 Ok(()) 30} 31 32fn init() -> Result<(), Box<dyn Error>> { 33 MY_SETTING 34 .set(Mutex::new("Initial setting".into())) 35 .map_err(|_| "Couldn't set MY_SETTING".into()) 36}
実行結果
console
1Initial setting 2Updated setting
ミュータブルなグローバル変数の使い方の詳細については、以下の記事を参照してください。
かなり古い記事なのでlazy_staticクレートを使っていますが、いまだとonce_cellの方が使いやすいかもしれません。
投稿2021/01/27 17:45
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