Day 002 — 基本型とデータ型

📚 背景知識（読んでから問題へ）

Rustの型は大きくスカラー型（1つの値を表す型: 整数・浮動小数点数・真偽値・文字）と複合型（複数の値をまとめる型: タプル・配列）に分かれます。C++やGoに慣れているとこの分類自体は馴染みがありますが、Rustには「所有権システムの安全性」を支えるための細かい設計判断がいくつも埋め込まれています。

スカラー型

• 整数型: i8〜i128・isize（符号あり）、u8〜u128・usize（符号なし）。ビット幅を型名に明示するのはGoのint8/uint8と同じ発想ですが、Rustでは型推論で用途に合わせた型を選ばないとコンパイルエラーになる場面が多く、曖昧な暗黙変換がありません。
• 浮動小数点型: f32・f64（デフォルトはf64）。
• 真偽値型: bool（true/falseのみ。C言語のような0/1との暗黙変換はありません）。
• 文字型: charは常に4バイトのUnicodeスカラー値です。C/C++のchar（1バイト）と混同しやすい落とし穴です。

整数のオーバーフロー

Rustの整数演算は、デバッグビルドではオーバーフロー時にpanicし、リリースビルドではラップアラウンド（2の補数での折り返し）します。ビルド設定によって挙動が変わるのは危険に思えるかもしれませんが、これは「開発中は早期に不具合を検知し、本番では余計なチェックコストを払わない」というRustの実用主義的な設計です。挙動を明示的に制御したい場合はchecked_add（Optionで結果を返す）・wrapping_add（常にラップアラウンド）・saturating_add（上限/下限に張り付く）などのメソッドを使います。

複合型: タプルと配列

• タプル (T1, T2, ...): 異なる型の値を固定個数まとめられます。名前を付けるほどでもない一時的なグルーピング（関数から複数の値を返す等）に向いています。
• 配列 [T; N]: 同じ型の値をコンパイル時に確定した個数だけまとめます。サイズが型の一部（[i32; 5]と[i32; 6]は別の型）なので、コンパイラはスタック上に必要なサイズを正確に確保でき、実行時のメモリ確保（ヒープアロケーション）が発生しません。これは「ゼロコスト抽象化」の一例です。可変長が必要な場合はVec<T>（Day 11で学習）を使います。

📝 問題

以下の要件を満たすmain.rsを実装してください。

1. スカラー型: i32のscore、f64のratio、boolのis_passed、charのgradeを宣言し、まとめて出力する
2. 整数オーバーフロー: u8型の変数near_maxに255を代入し、checked_add(1)で安全に加算を試みる。結果がNoneなら「オーバーフローしました」と出力する。さらにwrapping_add(1)を使った場合の結果（0になること）も出力する
3. タプル: 名前(&str)・年齢(u32)・身長(f64)を保持するタプルpersonを作り、分割代入（destructuring）で3つの変数に取り出して出力する。さらに、[i32; 5]型の配列への参照を受け取り(i32, i32)（最小値, 最大値）のタプルを返す関数min_max(arr: &[i32; 5]) -> (i32, i32)を実装する
4. 配列とスライス: [i32; 5]型の固定長配列numbersを作り、for文で合計を計算して出力する。また配列の2番目から4番目までの要素をスライス&numbers[1..4]として取り出し、{:?}で出力する

🔍 ヒント（段階的開示）

📋 コピーfn min_max(arr: &[i32; 5]) -> (i32, i32) {
    let mut min = arr[0];
    let mut max = arr[0];
    for &v in arr.iter() {
        // minとmaxを更新...
    }
    (min, max)
}

fn main() {
    // 1. スカラー型
    let score: i32 = 88;
    let ratio: f64 = 0.75;
    let is_passed: bool = true;
    let grade: char = 'A';
    // 出力...

    // 2. 整数オーバーフロー
    let near_max: u8 = 255;
    // checked_add と wrapping_add ...

    // 3. タプル
    let person: (&str, u32, f64) = ("Alice", 30, 165.5);
    let (name, age, height) = person;
    // 出力...

    let numbers: [i32; 5] = [4, 8, 15, 16, 23];
    let (min, max) = min_max(&numbers);
    // 出力...

    // 4. 配列とスライス
    // 合計を計算し、スライスを出力...
}

✅ 模範解答

📋 コピーfn min_max(arr: &[i32; 5]) -> (i32, i32) {
    let mut min = arr[0];
    let mut max = arr[0];
    for &v in arr.iter() {
        if v < min {
            min = v;
        }
        if v > max {
            max = v;
        }
    }
    (min, max)
}

fn main() {
    // --- 1. スカラー型 ---
    let score: i32 = 88;
    let ratio: f64 = 0.75;
    let is_passed: bool = true;
    let grade: char = 'A';
    println!("--- スカラー型 ---");
    println!(
        "score: {}, ratio: {}, is_passed: {}, grade: {}",
        score, ratio, is_passed, grade
    );

    // --- 2. 整数オーバーフロー ---
    let near_max: u8 = 255;
    println!("--- 整数オーバーフロー ---");
    match near_max.checked_add(1) {
        Some(v) => println!("checked_add: {}", v),
        None => println!("checked_add: オーバーフローしました"),
    }
    let wrapped = near_max.wrapping_add(1);
    println!("wrapping_add: {}", wrapped);

    // --- 3. タプル ---
    let person: (&str, u32, f64) = ("Alice", 30, 165.5);
    let (name, age, height) = person;
    println!("--- タプル ---");
    println!("name: {}, age: {}, height: {}", name, age, height);

    let numbers: [i32; 5] = [4, 8, 15, 16, 23];
    let (min, max) = min_max(&numbers);
    println!("min: {}, max: {}", min, max);

    // --- 4. 配列とスライス ---
    let mut sum = 0;
    for v in numbers.iter() {
        sum += v;
    }
    println!("--- 配列とスライス ---");
    println!("合計: {}", sum);
    let middle = &numbers[1..4];
    println!("スライス [1..4]: {:?}", middle);
}

--- スカラー型 ---
score: 88, ratio: 0.75, is_passed: true, grade: A
--- 整数オーバーフロー ---
checked_add: オーバーフローしました
wrapping_add: 0
--- タプル ---
name: Alice, age: 30, height: 165.5
min: 4, max: 23
--- 配列とスライス ---
合計: 66
スライス [1..4]: [8, 15, 16]

🪜 Step-by-Step 解説

📋 コピーlet score: i32 = 88;
let ratio: f64 = 0.75;
let is_passed: bool = true;
let grade: char = 'A';

📋 コピーlet near_max: u8 = 255;
match near_max.checked_add(1) {
    Some(v) => println!("checked_add: {}", v),
    None => println!("checked_add: オーバーフローしました"),
}
let wrapped = near_max.wrapping_add(1);

📋 コピーlet person: (&str, u32, f64) = ("Alice", 30, 165.5);
let (name, age, height) = person;

📋 コピーfn min_max(arr: &[i32; 5]) -> (i32, i32) {
    let mut min = arr[0];
    let mut max = arr[0];
    for &v in arr.iter() {
        if v < min { min = v; }
        if v > max { max = v; }
    }
    (min, max)
}

📋 コピーlet mut sum = 0;
for v in numbers.iter() {
    sum += v;
}
let middle = &numbers[1..4];

💡 設計思想・なぜこう書くのか

🛑 コンパイルエラーが出た場合

配列は同じ型の要素しか持てません。次のように異なる型を混在させるとコンパイルエラーになります。

📋 コピーfn main() {
    let mixed = [1, "two", 3];
}

読み方:

• error[E0308]: 型の不一致エラー。配列の最初の要素1から「この配列は整数型の配列だ」と推論された後、2番目の要素"two"（&str）が矛盾している
• --> src/main.rs:2:21: エラーが発生した場所（2行目21文字目、"two"の開始位置）
• expected integer, found `&str`: 期待した整数型ではなく&strが来ていることを指摘している

修正方法: 異なる型を1つにまとめたい場合は配列ではなくタプル(1, "two", 3)を使います。配列はあくまで「同じ型の値の並び」専用の型です。

🌐 他言語との比較

Rustが際立つのは、配列のサイズを型システムに組み込んでいる点と、オーバーフロー時の挙動をchecked_*/wrapping_*/saturating_*で明示的に選べる点です。Go/Javaは「常にラップアラウンド」で固定されているため、意図しないオーバーフローに気づきにくいという弱点があります。

🏆 実務での使いどころ

• 固定サイズの設定値配列: 曜日名の一覧、HTTPステータスコードのテーブルなど、要素数が実行時に変わらないデータはVecより[T; N]の方がヒープ確保のオーバーヘッドがなく高速です
• 複数戻り値としてのタプル: 座標(x, y)や集計結果の(min, max)など、2〜3個の値を一時的にまとめて返す場面で使われます。フィールドが増えたり意味が重要になったりする場合は、タプルではなく名前付きフィールドを持つ構造体（Day 6）に切り替えるべきタイミングです
• 金額計算でのオーバーフロー対策: 決済・会計システムなど、オーバーフローが金銭的な事故に直結するドメインではchecked_add/checked_subを使い、Noneが返った時点で処理を中断するのが実務での定石です
• UTF-8とcharの違いを意識した文字列処理: 日本語や絵文字などマルチバイト文字を扱う際、char単位の反復（.chars()）とバイト単位の反復（.bytes()）の違いを理解していないと、文字列の途中で予期しない位置にアクセスしてpanicする不具合を招きます

⚠️ よくある誤解・ミス

🚀 次のステップ

• 発展: 同じデータをVec<i32>で持った場合とどう違うかを実際に触ってみましょう。要素数を実行時に変えられること、ヒープ確保が発生することを体感すると、Day 11（Vecの基礎）の理解がスムーズになります
• 次回予告: Day 003 — 所有権の基礎（ムーブセマンティクス）（値のムーブとCopy/Cloneの違い）

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