第3章: 関数と制御フロー

他の言語での経験がある皆さんなら、関数やループの基本的な概念はすでにご存知でしょう。しかし、Rustには「すべてが式である」という強力な設計思想があり、これが制御フローの書き方にも大きく影響しています。

この章では、Rust特有の「文（Statement）と式（Expression）」の違いを理解し、それを踏まえた関数の定義方法と、柔軟な制御フローについて学びます。

関数と「式」指向

Rustの関数定義は fn キーワードを使用し、変数や関数の命名規則にはスネークケース（snake_case）を採用するのが慣例です。

引数と戻り値

Rustは静的型付け言語であるため、関数の定義では各引数の型を必ず宣言する必要があります。戻り値がある場合は、矢印 -> の後に型を記述します。

文（Statement）と式（Expression）

Rustを理解する上で最も重要な概念の一つがこれです。

• 文 (Statement): 何らかの操作を行い、値を返さないもの（例: let y = 6;）。
• 式 (Expression): 評価されて結果の値を返すもの（例: 5 + 6、{ code_block }、関数呼び出し）。

他の多くの言語と異なり、Rustではブロックの最後の式がそのブロックの戻り値になります。return キーワードを使うこともできますが、一般的には「最後の行のセミコロンを省略する」スタイルが好まれます。

以下のコードで確認してみましょう。

fn main() {
    let x = 5;
    let y = 10;

    // 値を返す関数呼び出し
    let result = add(x, y);
    println!("{} + {} = {}", x, y, result);

    // 文と式の違いを示すブロック
    let z = {
        let a = 3;
        a + 1 // セミコロンがないので、この式が評価されzに代入される
    };

    println!("zの値: {}", z);
}

// 引数を取り、i32型を返す関数
fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    // 最後の行にセミコロンがないため、この式の計算結果が戻り値となる
    // "return a + b;" と書くのと同じ意味だが、こちらがRustらしい書き方
    a + b
}

5 + 10 = 15
zの値: 4

注意: もし a + 1 の後ろにセミコロンをつけて a + 1; とすると、それは「文」となり、値を返さなくなります（正確には空のタプル () を返します）。コンパイルエラーの原因になりやすいため注意してください。

制御フロー

Rustの制御フロー（if, loop, while, for）もまた「式」として扱うことができます。

if 式

Rustの if は式です。つまり、条件分岐の結果を変数に代入することができます。 三項演算子（condition ? a : b）のような専用の構文はRustにはありませんが、if がその役割を果たします。

重要なルールとして、条件式は必ず bool 型でなければなりません。JavaScriptやC++のように、数値を自動的に true/false に変換することはありません。

fn main() {
    let condition = true;
    
    // ifの結果を変数に束縛できる
    // ifブロックとelseブロックが返す型は同じである必要がある
    let number = if condition {
        5
    } else {
        6
    };

    println!("numberの値: {}", number);
}

numberの値: 5

ループ構造

Rustには3種類のループがあります。

1. loop: 無限ループ
2. while: 条件付きループ
3. for: コレクションや範囲に対するループ

loop と値の戻り

loop キーワードは、明示的に break するまで永遠に繰り返します。面白い機能として、break の後に値を置くことで、ループ全体の結果としてその値を返すことができます。

fn main() {
    let mut counter = 0;

    // ループの結果を変数resultに代入
    let result = loop {
        counter += 1;

        if counter == 10 {
            // カウンタが10になったら、counter * 2 の値を返して終了
            break counter * 2;
        }
    };

    println!("ループの結果: {}", result);
}

ループの結果: 20

while

while は他の言語とほぼ同じです。条件が真である限り実行されます。

// 例（実行不要）
let mut number = 3;
while number != 0 {
    println!("{}!", number);
    number -= 1;
}

for ループ

Rustで最も安全かつ頻繁に使用されるのが for ループです。配列の要素を走査したり、特定の回数だけ処理を行ったりする場合、インデックス管理が不要な for が推奨されます。

数値の範囲を指定する場合は Range 型（start..end）を使用します。

fn main() {
    let a = [10, 20, 30, 40, 50];

    // 配列のイテレータを使ったループ
    println!("--- 配列の走査 ---");
    for element in a.iter() {
        println!("値: {}", element);
    }

    // Rangeを使ったループ (1から3まで。4は含まない)
    println!("--- 範囲指定 ---");
    for number in 1..4 {
        println!("カウント: {}", number);
    }
}

--- 配列の走査 ---
値: 10
値: 20
値: 30
値: 40
値: 50
--- 範囲指定 ---
カウント: 1
カウント: 2
カウント: 3

この章のまとめ

• 関数: パラメータの型と戻り値の型を明示する。
  • 文と式: Rustは式指向であり、セミコロンのない最後の式がブロックの戻り値となる。
  • if式: if は値を返すことができる。条件は必ず bool でなければならない。
  • ループ: loop（無限・値返し可能）、while（条件付き）、for（イテレータ・範囲）があり、特に for が推奨される。

練習問題 1: 摂氏・華氏変換

摂氏（Celsius）を華氏（Fahrenheit）に変換する関数 c_to_f を作成してください。 公式: F = C × 1.8 + 32

fn main() {
    let celsius_temp = 25.0;
    let fahrenheit_temp = c_to_f(celsius_temp);
    println!("{}°C は {}°F です", celsius_temp, fahrenheit_temp);
}

// ここに関数を実装してください

25°C は 77°F です

練習問題 2: フィボナッチ数列

第 n 番目のフィボナッチ数を求める関数 fib を実装してください。 制御フロー（if または ループ）を使用してください。 （定義: 第0項=0, 第1項=1, 第n項 = 第n-1項 + 第n-2項）

fn main() {
    let n = 10;
    println!("フィボナッチ数列の第 {} 項は {} です", n, fib(n));
}

// ここに関数を実装してください

フィボナッチ数列の第 10 項は 55 です