Rustでグローバル変数を定義して使用する方法

イントロダクション#

Rust は、安全で効率的なシステムプログラミング言語です。その構文は C 言語に似ていますが、安全性と並行性の面で優れています。Rust でグローバル変数を定義し使用することで、プログラム内でデータを共有し、コードの再利用性と保守性を向上させることができます。本記事では、Rust でグローバル変数を定義し使用する方法を紹介します。

グローバル変数の定義#

Rust でグローバル変数を定義するには、staticキーワードを使用する必要があります。グローバル変数の定義方法は 2 つあります。

不変のグローバル変数の定義#

static GLOBAL_VAR: i32 = 42;

上記のコードでは、GLOBAL_VARという名前のグローバル変数を定義し、型はi32、初期値は42です。定義されたグローバル変数は型を指定する必要があることに注意してください。不変のグローバル変数を定義した後は、プログラムのどこからでもその値を読み取ることができます。

可変のグローバル変数の定義#

static mut GLOBAL_VAR: i32 = 42;

上記のコードでは、static mutを使用してGLOBAL_VARという名前の可変グローバル変数を定義し、型はi32、初期値は42です。可変のグローバル変数を定義するにはmutキーワードを使用する必要があり、可変グローバル変数を使用する際にはunsafeキーワードを使用する必要があります。

グローバル変数の使用#

Rust でグローバル変数を使用するには、完全修飾パスを使用する必要があります。たとえば、上記で定義したグローバル変数GLOBAL_VARの値をプログラムのどこからでも使用できます：

fn main() {
    println!("{}", GLOBAL_VAR);
}

上記のコードでは、完全修飾パスを使用してグローバル変数GLOBAL_VARの値にアクセスし、それをコンソールに出力しています。

グローバル変数の安全性#

Rust では、グローバル変数の使用に特に並行安全性の問題に注意が必要です。グローバル変数はプログラムのどこからでも使用できるため、データ競合などの問題を引き起こす可能性があります。これらの問題を解決するために、Rust はグローバル変数の安全性を確保するための特別なメカニズムを提供しています。

一般的な方法は、MutexやRwLockなどの同期メカニズムを使用することです。

例 1#

たとえば、上記のグローバル変数を次のように定義できます：

use std::sync::Mutex;

static GLOBAL_VAR: Mutex<i32> = Mutex::new(42);

上記のコードでは、Mutexを使用してグローバル変数を同期しています。グローバル変数を使用する際には、Mutexのロックを取得する必要があり、同時に 1 つのスレッドだけがグローバル変数にアクセスできることを保証します：

fn main() {
    let mut global_var = unsafe{GLOBAL_VAR.lock().unwrap()};
    *global_var = 43;
    println!("{}", *global_var);
}

上記のコードでは、lock()メソッドを使用してMutexのロックを取得し、グローバル変数の値を43に変更し、最後にグローバル変数の値を出力しています。Mutexのロックを取得することは失敗する可能性があるため、unwrap()メソッドを使用して可能なエラーを処理する必要があります。

例 2#

use std::sync::Mutex;

static mut TABLE: Mutex<Table> = Mutex::new(Table::new());

type Table = Vec<Entry>;

#[derive(Debug)]
#[allow(dead_code)]
struct Entry {
    key: i32,
    value: i32,
}

fn main() {
    let mut table = unsafe { TABLE.lock().unwrap() };
    // let mut entry = Entry { key: 1, value: 10 };
    *table = vec![Entry { key: 1, value: 10 }];
    println!("table: {:?}", table);
}

上記のコードは、Rust で可変のグローバル変数を定義する方法を示しています。

まず、useキーワードを使用してstd::sync::Mutexをインポートしました。これは Rust の同期メカニズムの一つです。次に、static mutキーワードを使用してTABLEという名前の可変グローバル変数を定義し、型はMutex<Table>です。Rust では、Mutexを使用して共有データの並行安全性を保護することが一般的な方法です。

main()関数内で、TABLEのロックを取得し、その値を 1 つのEntryを含むVecに変更しました。可変グローバル変数を使用する際には、unsafeキーワードを使用する必要があることに注意してください。

最後に、変更されたTABLEの値を出力しました。

グローバル変数の使用には、特に並行安全性の問題に注意が必要です。グローバル変数はプログラムのどこからでも使用できるため、データ競合などの問題を引き起こす可能性があります。これらの問題を解決するために、Rust はMutex、RwLock、Atomic、Channelなどの特別なメカニズムを提供しています。グローバル変数を使用する際には、実際の状況に応じて適切な同期メカニズムを選択し、プログラムの並行安全性を確保する必要があります。

結論#

本記事では、Rust でグローバル変数を定義し使用する方法を紹介しました。グローバル変数を使用することで、プログラム内でデータを共有し、コードの再利用性と保守性を向上させることができます。また、Rust の安全性設計により、グローバル変数の安全性問題に特に注意が必要です。本記事が Rust の学習に役立つことを願っています。