05. 参照・借用・スライス

🎯 この章のゴール

所有権を渡さずに値を 借りる 方法（参照）を学ぶ
借用の 2 大ルールを覚える
スライスで「一部分」を参照する

💡 ひとことで言うと

参照は 本の貸し出し。読むだけなら何人に貸してもいいけど、書き込みたい人がいるときはその人 1 人だけに貸します。

参照: 所有権を渡さずに使う

fn len(s: &String) -> usize { // & で「借りる」
    s.len()
} // s は借りているだけなので、ここで drop されない

fn main() {
    let name = String::from("Ferris");
    let n = len(&name);         // 貸し出す
    println!("{name} は {n} 文字"); // まだ使える！
}

Playground で開く ↗

可変参照

借りた値を書き換えるには &mut を使います。

fn shout(s: &mut String) {
    s.push_str("!!!");
}

fn main() {
    let mut msg = String::from("hello");
    shout(&mut msg);
    println!("{msg}"); // hello!!!
}

Playground で開く ↗

借用の 2 大ルール

ある時点で、不変参照（&）をいくつでも か 可変参照（&mut）を 1 つだけ のどちらか
参照は常に 有効なデータ を指していなければならない

fn main() {
    let mut s = String::from("hi");
    let r1 = &s;
    let r2 = &mut s; // error[E0502]: cannot borrow `s` as mutable because it is also borrowed as immutable
    println!("{r1} {r2}");
}

Playground で開く ↗

このルールのおかげで データ競合（同時に読み書きして壊れる問題）がコンパイル時に防がれます。

参照の有効範囲は「最後に使われた地点」までです。不変参照を使い終わってから可変参照を作るなら OK。

ダングリング参照は作れない

fn dangle() -> &String { // error[E0106]: missing lifetime specifier
    let s = String::from("bye");
    &s // s は関数終了で消えるのに、その参照を返そうとしている
}

fn main() {
    let _r = dangle();
}

Playground で開く ↗

解決策は参照ではなく String そのもの（所有権）を返すことです。

スライス: 一部分への参照

fn first_word(s: &str) -> &str {
    for (i, b) in s.bytes().enumerate() {
        if b == b' ' {
            return &s[..i];
        }
    }
    s
}

fn main() {
    let text = String::from("hello world");
    let word = first_word(&text);   // &String → &str に自動変換
    println!("{word}");             // hello
    println!("{}", first_word("rust is fun")); // リテラルも OK

    let nums = [1, 2, 3, 4, 5];
    let mid: &[i32] = &nums[1..4];  // 配列のスライス [2, 3, 4]
    println!("{mid:?}");
}

Playground で開く ↗

&s[a..b] は a 以上 b 未満。..b, a.., .. の省略形あり
文字列リテラル "abc" の型は &str（プログラム中のデータへのスライス）
文字列スライスの範囲は バイト単位。マルチバイト文字の途中で切ると panic するので注意

🧪 やってみよう

下の書きかけコードの TODO を埋めて、▶ 実行 で確かめよう。todo!() のままだと実行時に panic します。

最後の単語を返す last_word を書いてみよう。

fn last_word(s: &str) -> &str {
    todo!("ヒント: s.rfind(' ') で最後の空白の位置がわかる")
}

fn main() {
    println!("{}", last_word("hello wonderful world")); // world
    println!("{}", last_word("rust"));                  // rust
}

Playground で開く ↗

💡 解答例を見る

fn last_word(s: &str) -> &str {
    match s.rfind(' ') {
        Some(i) => &s[i + 1..],
        None => s,
    }
}

fn main() {
    println!("{}", last_word("hello wonderful world")); // world
    println!("{}", last_word("rust"));                  // rust
}

Playground で開く ↗

📝 まとめ

& で借りる、&mut で書き換え可能に借りる
「不変参照は複数 OK / 可変参照は 1 つだけ」でデータ競合を防ぐ
文字列を受け取る関数の引数は &str が便利

✅ 理解度クイズ

次のコードはコンパイルできる？

fn main() {
    let mut s = String::from("hi");
    let r1 = &mut s;
    let r2 = &mut s;
    println!("{r1} {r2}");
}

次のコードはコンパイルできる？

fn main() {
    let mut s = String::from("hi");
    let r1 = &s;
    println!("{r1}");
    let r2 = &mut s;
    r2.push('!');
}

文字列 s の先頭 3 バイトを指す文字列スライスの書き方は？

引数に &String ではなく &str を使うと良い理由は？