ゼロコスト抽象化

レイヤー1: 言語メカニズム

コア質問

コンパイル時ポリモーフィズムと実行時ポリモーフィズムのどちらが必要か?

ジェネリクスとトレイトオブジェクトから選択する前に:

• 型はコンパイル時に既知か?
• 異種のコレクションが必要か?
• パフォーマンス上の優先順位は?

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エラー → 設計質問

エラー	避けるべき対応	代わりに尋ねるべきこと
E0277	「トレイト境界を追加する」	この抽象化は正しいレベルにあるか?
E0308	「型を修正する」	型は統一されるべきか、それとも異なるべきか?
E0599	「トレイトをインポートする」	そのトレイトは正しい抽象化か?
E0038	「オブジェクト安全にする」	本当に動的ディスパッチが必要か?

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思考プロンプト

トレイト境界を追加する前に:

1. どのような抽象化が必要か?

   • 同じ動作、異なる型 → トレイト
   • 異なる動作、同じ型 → enum
   • 抽象化が不要 → 具体的な型

2. 型がいつ既知になるか?

   • コンパイル時 → ジェネリクス(静的ディスパッチ)
   • 実行時 → トレイトオブジェクト(動的ディスパッチ)

3. トレードオフの優先順位は?

   • パフォーマンス → ジェネリクス
   • コンパイル時間 → トレイトオブジェクト
   • 柔軟性 → 状況による

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上へ遡る ↑

型システムが反発するとき:

E0277 (トレイト境界が満たされていない)
    ↑ 尋ねる: 抽象化レベルは正しいか?
    ↑ 確認: m09-domain (どの動作が抽象化されているか?)
    ↑ 確認: m05-type-driven (newtype を使うべきか?)

継続的なエラー	遡る先	質問
複雑なトレイト境界	m09-domain	抽象化は正しいか?
オブジェクト安全性の問題	m05-type-driven	typestate が役立つか?
型の爆発	m10-performance	dyn のオーバーヘッドを受け入れるか?

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下へ降りる ↓

設計から実装へ:

「同じ動作を持つ型を抽象化する必要がある」
    ↓ 型がコンパイル時に既知 → impl Trait またはジェネリクス
    ↓ 型が実行時に決定 → dyn Trait

「異なる型のコレクションが必要」
    ↓ 閉じた集合 → enum
    ↓ 開いた集合 → Vec<Box<dyn Trait>>

「異なる型を返す必要がある」
    ↓ 同じ型 → impl Trait
    ↓ 異なる型 → Box<dyn Trait>

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クイックリファレンス

パターン	ディスパッチ	コードサイズ	実行時コスト
fn foo<T: Trait>()	静的	+肥大化	ゼロ
fn foo(x: &dyn Trait)	動的	最小限	vtable 参照
impl Trait 戻り値	静的	+肥大化	ゼロ
Box<dyn Trait>	動的	最小限	割り当て + vtable

構文比較

// 静的ディスパッチ - 型はコンパイル時に既知
fn process(x: impl Display) { }      // 引数位置
fn process<T: Display>(x: T) { }     // 明示的なジェネリクス
fn get() -> impl Display { }         // 戻り値位置

// 動的ディスパッチ - 型は実行時に決定
fn process(x: &dyn Display) { }      // 参照
fn process(x: Box<dyn Display>) { }  // 所有

エラーコード リファレンス

エラー	原因	クイックフィックス
E0277	型がトレイトを実装していない	impl を追加するか、境界を変更
E0308	型の不一致	ジェネリクスパラメータを確認
E0599	メソッドが見つからない	use でトレイトをインポート
E0038	トレイトがオブジェクト安全でない	ジェネリクスを使用するか、再設計

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判断ガイド

シナリオ	選択	理由
パフォーマンス重視	ジェネリクス	実行時コストゼロ
異種コレクション	dyn Trait	実行時に異なる型
プラグインアーキテクチャ	dyn Trait	コンパイル時に未知の型
コンパイル時間削減	dyn Trait	単態化が少ない
小さく、既知の型セット	enum	間接参照なし

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オブジェクト安全性

トレイトはオブジェクト安全であれば:

• Self: Sized 境界を持たない
• Self を返さない
• ジェネリックメソッドを持たない
• where Self: Sized を非オブジェクト安全なメソッドに使用

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アンチパターン

アンチパターン	問題点	より良い方法
すべてをジェネリック化	コンパイル時間、複雑さ	可能な限り具体的な型
既知の型に dyn を使用	不要な間接参照	ジェネリクス
複雑なトレイト階層	理解が困難	よりシンプルな設計
オブジェクト安全性を無視	柔軟性の制限	必要に応じて dyn 計画

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関連スキル

のとき	参照先
型駆動設計	m05-type-driven
ドメイン抽象化	m09-domain
パフォーマンスに関する懸念	m10-performance
Send/Sync 境界	m07-concurrency