1.プログラミング言語「Rust」とは

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「Rust」とは、2015年にリリースされた新しいプログラミング言語で、Mozilla社が開発したWebブラウザ「Firefox」などでも利用されています。

Rustの大きな特徴は、C言語やC++にとって代わる、新たなシステムプログラミング言語を目指していることです。

 

そのため、システム開発のために必要な、優れたパフォーマンスを発揮できるプログラミング言語となっています。

また、Rustは、C言語/C++の致命的な弱点であった安全性を改善するために、「所有権」と呼ばれる特殊なメモリ管理機能を採用しています。

 

この安全なメモリ管理により、高速な実行速度とセキュリティ性の高さを両立させたプログラミング言語となりました。

Rustは、OS（オペレーティングシステム）やゲーム、各種ソフトウェア、Webサービスなど、幅広い分野で活用されており、将来性が期待されています。

 

 

 

2.プログラミング言語「Rust」の特徴・メリット

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プログラミング言語「Rust」の特徴・メリットとして、以下の3つが挙げられます。

 

 

C言語/C++と同等水準の実行速度を実現できる

Rustは、C言語/C++やJavaなどに代表される「高水準言語」の中でも、トップクラスの実行速度を誇るプログラミング言語です。

C言語/C++と同等のパフォーマンスを発揮できるので、「C言語/C++に代わるプログラミング言語」といわれる理由になっています。

 

Rustが高速である理由として、以下の3つが考えられます。

 

 

RustはC言語/C++同様に、ソースコードを機械語に直接翻訳（コンパイル）して、実行ファイルを生成しています。

そのため、PythonやRubyのようなスクリプト言語や、C#やJavaのように中間言語を生成するものではないため、実行時の処理コストを最小限に抑えることが可能です。

 

また、Rustの公式ドキュメントの序章には「ゼロコスト抽象化を志向」と記載されています。

プログラムの柔軟性、多様性、再利用性を高めるためには「抽象化」を意識する必要があります。

 

Rustは抽象的なソースコードを具体化するときに、可能な限り抽象化を抑制する仕様になっているため、複雑なプログラムでもC言語/C++のように高速に動作します。

さらに、詳細は後述しますが、Rustにはモダンな言語の特徴である「ガベージコレクション」がありません。

 

ガベージコレクションは安全なメモリ管理を実現する手法ですが、稼働時に処理コストがかかるため実行速度が遅くなります。

そのため、Rustは、同じくガベージコレクションがないC言語/C++と同等に高速です。

 

 

低水準の処理が可能で、OSやドライバ開発にも適している

Rustは「低水準」なソフトウェア開発にも適しています。

例えば、OS（オペレーティングシステム）やデバイスドライバのような領域では、CPUやGPU、メモリなど、ハードウェアに直接アクセスする必要があり、「低水準」の処理ができるプログラミング言語が必須です。

 

多くのモダンなプログラミング言語は、簡潔なソースコードで多くの処理が行えますが、「低水準」な用途には適していません。

一方で、RustはC言語/C++と同じように、ハードウェアに直接アクセスするような繊細な処理を記述でき、さらに機械語やアセンブリ言語と組み合わせることもできます。

 

これまでC言語/C++が「低水準」な処理の独壇場だった分野において、Rustは代替となれるほどのポテンシャルを秘めているといえます。

 

 

所有権によるメモリ管理で安全性が非常に高い

Rustの大きな特徴は「所有権」によるメモリ管理手法を採用していることです。これにより、安全性・平行性・実行速度を兼ね備えたプログラミング言語となりました。

C言語/C++は機能性と実行速度が優れたプログラミング言語ですが、メモリ管理の安全性の点で致命的な欠点があります。

 

それは、メモリ管理をプログラマ側に任せていたことによる「メモリリーク」や「不正アクセス」です。

メモリリークとは、プログラム内で確保したメモリ領域が正しく解放されないことを指し、予期せぬ不具合の原因となります。

 

不正アクセスとは、無効もしくは解放済みのメモリ領域にアクセスすることを指し、プログラムの異常動作をもたらす現象です。

こうした事態を防ぐために、JavaやPythonなどの多くのプログラミング言語は、「ガベージコレクション（GC）」という機能を備えています。

 

ガベージコレクションは、不要なメモリを自動的に開放する機能なので、プログラマがメモリ管理を意識する必要がありません。

しかし、ガベージコレクションは処理コストが高く、実行速度が低下する原因となります。

 

Rustは、ガベージコレクションではなく「所有権」でメモリ管理を行います。

所有権とは、データが格納されているメモリを参照する「変数」を所有者として、その変数が使用されなくなった段階でメモリを解放する仕組みです。

 

ガベージコレクションと異なり、処理コストがほとんど生じないため、メモリ管理をプログラマに委ねるC言語/C++と同じくらい高速です。

こうした性質から、Rustはマルチスレッド処理（並列処理）も安全に行えます。

 

並列処理の大きな課題が、複数のスレッドから同じメモリを参照・操作することで生じる、複雑なバグやエラーです。

Rustは、所有権などの独特の仕組みにより、優れた並行性を実現しています。

 

 

 

3.プログラミング言語「Rust」の注意点・デメリット

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プログラミング言語「Rust」の注意点・デメリットとして、以下の2つが挙げられます。

 

 

基本的な言語仕様がC++に近いため学習コストが高い

Rustの大きなデメリットは、言語仕様がC++に近く、学習コストが高いことです。

Rustが開発された目的のひとつに「C++の問題点の改善」があり、そのため、C++をベースにして作られています。

 

例えば、モダンな言語では使えない「ポインタ」は、RustではC++と同じく多用される機能のひとつです。

そのほかにも、基本的な構文のほとんどがC++と似ているため、C++の経験がない場合は習得が難しい言語であるといえます。

 

比較的シンプルなPython、Ruby、Swiftなどの言語と比べると、Rustの複雑さは学習時の大きなハードルとなるでしょう。

しかし、C言語やC++の学習経験がある場合は、むしろRustに親しみやすい傾向があります。

 

RustはいわばC++の改良版なので、これまでに培ったスキルや知識を有効活用できるはずです。

 

 

「所有権」「借用」「ライフタイム」などの概念が難しい

Rustには「所有権」以外にも、「借用」や「ライフタイム」など独特の概念があります。

所有権については前述したとおりで、メモリを参照および変更できる権利のことです。

 

メモリの所有者はひとつの変数であり、複数の変数がひとつのメモリの所有者となることはできません。

しかし、それでは関数に値を引き渡すときに不便なので、参照値を利用することで「借用」が行われます。借用によって、所有権がなくても値を利用可能です。

 

また、C言語やC++の致命的な問題として、「ダングリングポインタ」が挙げられます。

ダングリングポインタは、無効なメモリを指すポインタのことで、変数が特定のメモリ領域を参照しているときに、その部分が解放されることで発生します。

 

Rustでは、すべての参照が「ライフタイム（寿命）」を保持することで、ポインタの有効性が常に保証されます。

このように、Rustには安全なコーディングを実現するための機能がありますが、独特な概念なので理解しづらいことが難点です。

 

 

 

4.プログラミング言語「Rust」で実現できること

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Rustは多様な分野で利用されるプログラミング言語です。

例えば、以下のような分野でどのような開発に利用されているか見ていきましょう。

 

 

OS開発

Rustは低水準な処理が行えるため、OS（オペレーティングシステム）の開発に適しています。

実際に、これまでC言語/C++などの言語で開発されていた主要なOSが、徐々にRustへの移行を進めています。

 

例えば、Microsoft社のWindowsでは、2019年にWindows 10のコンポーネント開発の一部をRustに置き換えました。

Linuxは、バージョン6.1から一部の機能実装にRustが活用されています。さらに、Google社はAndroid開発の新しいソースコードにRustを使用しています。

 

いずれのケースも、不十分なメモリ管理が原因で発生するセキュリティ上の脆弱性を防ぐことが目的です。

前述したように、Rustは所有権システムによってメモリ管理を厳格化し、安全性を飛躍的に高めています。

 

また、安全性と実行速度を両立させているため、OS開発においてC言語/C++の代替言語としてふさわしいということです。

 

 

ソフトウェア開発

実行速度が速いRustは、スピードが必要なソフトウェアの開発にも適したプログラミング言語です。

例えば、以下のような分野では複雑な処理を繰り返し行うため、Rustのパフォーマンスを最大限に活用できます。

 

 

いずれも、複雑な演算を行ったり、膨大なデータを扱ったりするため、実行速度が重視されます。

RustはC言語/C++に匹敵する速さを誇り、そのパフォーマンスは大きなアドバンテージになるということです。

 

 

組み込みシステム開発

Rustは「組み込みシステム」の開発にも向いています。

組み込みシステムは、テレビや洗濯機などの家電製品、スマートフォンやタブレットなどの電子機器を制御するためのものです。

 

一般的には、組み込みシステムの開発にはC言語/C++やPythonなどの言語が採用されますが、柔軟なメモリ管理や並列処理が得意なRustは、代替言語としてのポテンシャルを備えています。

そのため、組み込みシステムの開発現場でも、Rustの注目度が高まっています。

 

 

フロントエンド開発

Rustは、Web系の開発にも使えるプログラミング言語です。

これまで、Webブラウザ上でユーザーが目にする「フロントエンド」の開発は、RubyやJavaScriptなどで行うのが一般的でした。

 

しかし、「WebAssembly」の登場により、ブラウザ上でさまざまな言語を実行できるようになったことから、RustがWeb開発現場で活用され始めています。

JavaScriptと併用することで、より高速なWebページを作ることが可能です。

 

 

バックエンド開発

Web上における「バックエンド」、つまりサーバーサイドの開発もRustで行えます。

詳細は後述しますが、Rustには「Actix Web」や「Rocket」などのWebフレームワークがあり、効率的なバックエンド開発ができます。

 

Rustの処理速度の高さを活かせば、高性能なWebサーバーを開発できるでしょう。

 

 

ゲーム開発

Rustはゲーム開発分野でも注目され始めています。

なぜなら、現代のゲーム開発に必要とされる「実行速度（パフォーマンス）」と「並行性（マルチスレッド性能）」を備えているからです。

 

一般的に、ゲーム開発にはC言語/C++やC#が採用されていますが、Rustも有効な選択肢になると考えられています。

実際に「Amethyst」「Bevy」「Fyrox」など、Rustを採用したゲームエンジンが登場しているため、今後の発展にも期待できるでしょう。

 

 

AI開発

Rustは極めて高いポテンシャルを秘めているため、AIや機械学習などの先進的な分野とも相性が良い言語です。

前述したように組み込みシステムも開発できるため、電子機器とAIを融合させた「エッジAI」の開発にも適しています。

 

ただし、Rustには現時点では科学技術系のライブラリやフレームワークが整備されていないため、これらの分野においては発展途上の段階です。

なお、AIや機械学習などの分野ではPythonが活用されていますが、それはPythonの生産性の高さやライブラリの充実度が理由です。

 

一方、Pythonは実行速度に難点があるため、高度な演算が必要な場面ではC言語/C++が使われています。

Rustは生産性と実行速度の両方が優れていることから、AIや機械学習のような先進的な分野でも、活用されるケースが増えていくと考えられます。

 

 

 

5.Rustのおすすめフレームワーク・ライブラリ

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Rustでプログラミングを行うときは、さまざまな機能をまとめた「フレームワーク」や「ライブラリ」を活用すると、効率的なコーディングが可能になります。

ここでは、Rustのおすすめフレームワーク/ライブラリを5つ紹介します。

 

 

Actix Web

「Actix Web」は、Webアプリケーション開発に必要な機能を備えたフレームワークです。

HTTP/1、HTTP/2、SSL/TLSなどのWebサーバー機能を持ち、ミドルウェアとの接続もできます。

 

高速に動作することや、日本語の情報を得やすいのがメリットです。

また、豊富なサンプルコードとカスタマイズ性があるため、扱いやすいフレームワークといえるでしょう。

 

 

Tauri

「Tauri」は、Windows・macOS・LinuxなどのOSに対応した、クロスプラットフォームなフレームワークです。

ファイルサイズやメモリ使用量が少ないという特徴があり、軽量で高速なプログラムを作りやすくなっています。

 

クロスプラットフォーム対応なので、OSに合わせたユーザーインターフェースの実装が不要で、コーディングの負担が少ないこともメリットです。

 

 

axum

「axum」は、Web開発向けのフレームワークです。

シンプルに設計されているため、Rustに関する基本知識があればスムーズに使いこなせます。

 

エラーハンドリングをシンプルなソースコードで実装できるため、開発がスムーズに進むことが特徴です。

また、依存関係を最小限に抑えるため、axumではモジュールベースの設計が推奨されています。

 

 

Rocket

「Rocket」は、Webサーバー開発向けのフレームワークです。

Webサーバーの開発には専門知識が求められますが、Rocketを活用することで、専門知識を持っていなくても簡易的なWebサーバーを実装できます。

 

しかし、最小限の機能のみ搭載されているマイクロフレームワークなので、より複雑なWebサーバーを実装する場合は、別のフレームワークを選ぶほうがいいでしょう。

 

 

warp

「warp」は、CUIベースのフレームワークです。

現在ではGUIが主流ですが、状況によってはテキストベースのCUIのほうがスムーズに操作できることもあります。

 

また、warpはプログラムの「再利用性」を重視しているので生産性の向上に役立ちます。

Web開発に必要な機能も備えているので、魅力的なフレームワークだといえるでしょう。

 

 

 

6.Rustの効果的な学習方法

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Rustは新しいプログラミング言語ですが、信頼性の高いドキュメントが日本語で公開されています。

以下の3つのドキュメントを活用することで、Rustプログラミングを効率的に学ぶことができます。

 

 

The Rust Programming Language 日本語版

「The Rust Programming Language 日本語版」は、Rustの公式ドキュメントです。

基本的な構文・文法について詳しく解説されているため、これさえ読めばRustの基礎知識を網羅できるでしょう。

 

特に、Rustのコアである「所有権」「借用」「ライフタイム」などの項目が充実しているため、難解な部分に対する理解が深まります。

Rustのプログラミングを学ぶときは「Rust Playground」を利用するのがおすすめです。

 

Playgroundでは、ブラウザ上でRustのコーディングと実行が可能なので、効率的な学習ができます。

 

 

Rust by Example 日本語版

「Rust by Example 日本語版」は、Rust公式のサンプルコード集です。

すべて日本語化されており、ソースコードが平易なうえに分かりやすいコメントも記載されているため、前述した「The Rust Programming Language 日本語版」と併用することで、Rustの理解を深められます。

 

そのため、Rustの習得には必須といっても過言ではありません。

 

 

Rustの最初のステップ

「Rustの最初のステップ」は、Microsoftが提供しているチュートリアルです。

環境構築や基本的なプログラミング方法などを順番に解説しているため、項目ごとに理解しながら学習を進めることができます。

 

丁寧なサンプルコードも記載されているため、必要な知識を着実に習得できるでしょう。

 

 

 

7.Rustは将来性が高いプログラミング言語

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Rustは将来性が高いプログラミング言語です。

なぜなら、C言語やC++の最大のメリットである「実行速度」を保持したまま、最大のデメリットであった「安全性」を解決した言語だからです。

 

MicrosoftやGoogleのような大企業がRustを採用し始めていることが、何よりの証拠だといえるでしょう。

また、Rustは登場から10年程度しか経過していない新しいプログラミング言語なので、これからも機能性やパフォーマンスの改善が続くことが予想されます。

 

Rustの「C言語やC++に代わるプログラミング言語」という開発理念からも、さまざまな場面でC++からRustへの置き換えが進んでいく可能性があります。

そのため、Rustは将来性が非常に高いプログラミング言語であり、習得する意義があるといえます。

 

 

 

8.まとめ

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Rustは、実行速度・機能性・安全性いずれも優れたプログラミング言語で、さまざまな分野で活用され始めています。

そのため、Rustの将来性は高く、Rustを習得することで就職や転職の選択肢が広がるといえます。

 

Rustには独特の概念があるため、理解が難しい部分もありますが、公式ドキュメントなどを活用しながら丁寧に学んでいきましょう。

 

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