20210830 rust入学式

2021.8.30 阿部耕二
Rust入学式
Rustの特徴、C/C++との違いをなんとなく理解しよう

自己紹介

目的

なぜRustか?

C/C++の課題

ワーク(Cのあいまいな動作/Rustのモダンさを体験)

Rustの組込み開発への適用
目次
2

■名前：阿部耕二(あべこうじ)

■組込みソフトウェア開発19年目。

C言語、OSなし(ベアメタル)の開発業務経験がほとんど。

■GitHub: https://github.com/grace2riku

今回のワークのソースコード：https://github.com/grace2riku/c_cpp_vs_rust/tree/master
自己紹介
3

Rustの学習成果をたまにライトニングトークなどで発信しています。

例)Rust初心者がArduinoをLチカしてみた

https://speakerdeck.com/grace2riku/rustchu-xin-zhe-gaarduinowoltikasitemita-bb5de094-8ee0-48a6-
af6e-a8ce7d430309

例)Arduinoでモーター制御ロジックを実装した話

https://speakerdeck.com/grace2riku/arduinodemotazhi-yu-rozitukuwoshi-zhuang-sitahua

自己紹介
4

・Rustってこんな言語なんだー、となんとなくわかること。
初心者向けの内容です。
・C/C++とRustの違いがなんとなくわかること。
C/C++経験者がRustの安全性を理解するはじめの1歩となれば嬉しいです。
目的
5

■資料の使い方
後半のワークではC/C++とRustのコードを書いて実行します。
コード、実行結果を通してC/C++・Rustの知識がアップデートできれば嬉しい。
C/C++・Rustのコードを実際に手を動かして実行、結果を確認することをお勧めします。
コードの実行はブラウザで動くシミュレーション環境を使うので開発環境の準備は不要です。
目的
6

・安全・安心。

⇛多機能、高機能、複雑化する組込み機器の要求仕様にC/C++で立ち
向かえるか。時代に合わせたプログラミング言語の採用を検討するの
はどうか。

・モダンだから。

なぜRustか?
7

・Cのあいまいな言語仕様(未定義動作)

・メモリ管理

・C++は難しい

・その他
C/C++の課題
8

・Cの【未定義動作】とは?

C言語の標準規格であるJIS X 3010：2003(ISO/IEC 9899：1999)より引用。

【3.4.3 未定義の動作（undefined behavior）可搬性がない若しくは正しくないプログラム構成要素
を使用したときの動作，又は正しくないデータを使用したときの動作であり，この規格が何ら要求
を課さないもの。

参考未定義の動作に対して，その状況を無視して予測不可能な結果を返してもよい。翻訳時又はプ
ログラム実行時に，文書化された，環境に特有な方法で処理してもよい（診断メッセージの発行を
伴っても伴わなくてもよい。）。さらに（診断メッセージを出力し）翻訳又は実行を中断してもよ
い。】

C/C++の課題
9

・Cの未定義動作などあいまいな動作をするコードをRustで実行
してみましょう。

ワーク(Cのあいまいな動作を体験)
10

テーマはこちら ※ファイル拡張子はCは*.c, Rustは*.rs

1. 整数型オーバーフロー: val_overflow.*

2. 未初期化変数の参照: uninitialized_val.*

3. ゼロ割り: div_by_zero.*

4. 配列要素外アクセス: array_index_err.*

5. ビットシフトオーバーフロー: shift_overflow.*

6. ビットシフト負の数: shift_negative.*
11

ワークのソースコードは次に置きました。

https://github.com/grace2riku/c_cpp_vs_rust/tree/master

Code -> Download ZIPを選択。

12

■ワークの環境について

●C/C++は次のアドレスのシミュレータ(wandbox)を使用します。

https://wandbox.org/

●Rustは次のアドレスのシミュレータ(Rust Playground)を使用し
ます。

https://play.rust-lang.org/
13

■ワークの環境について Cの設定

●Languages

⇛C

●gcc 11.1.0を選択

14


●Cのバージョンは【C99】を選択

※C99選択の理由

仕事で使っているマイコンのコンパイラが

C99準拠だったため。

15


①コード入力エリア

②コンパイル・コード実行ボタン

③実行結果表示

ウォーニング・コンパイルエラー

があれば表示。
16
①
②
③

■ワークの環境について Rustの設定

●デフォルトから設定変更不要。

①コード入力エリア

②実行結果表示

ウォーニング・コンパイルエラー

があれば表示。

17
①
②

■ワークの環境について Rustの設定

デフォルトの設定

・Stable version: 1.54

・Edition 2018
18

テーマはこちら ※ファイル拡張子はCは*.c, C++は*.cpp, Rustは*.rs

1. enum, switch: enum_switch.*

CとRustのコードを比較。

enum型の比較。Cのswitch・Rustのmatch式の比較。

2. 多態: polymorphism.*

C++とRustのコードを比較。
ワーク(Rustのモダンさを体験)
19



●試してみてほしいこと

・C:switch・Rust:match文の条件をひとつ削除して実行。

・print_shape(Circle);の引数Circleを0(または任意の整数値)に変
更して実行。
20


・C++とRustで多態を実装。ソースコードを比較してみてくださ
い。

・クラス図と簡単な説明を次ページに記載。
21


・多態の説明でありそうなサンプルプログラムを

C, Rustでそれぞれ実装。

・図形と円・三角形・正方形のクラス。

Shape：抽象クラス

Circle, Triangle, Square: Shapeを具象化したクラス

・print_type(), calc_area(): 具象化クラスで実行結果が変わる。
22
多態のサンプルコードのクラス図

是非、実際に手を動かしてソースコードをシミュレーションして
みてください。

そしてC/C++とRustのコードについて考察してみると良いとおも
います。

※本書末尾にソースコードの実行結果を記載します。シミュレー
ション実行後に確認いただければと思います。
23

あいまいなコードがあったとき、コンパイラに望むこと。

1. コンパイラエラーにして欲しい。

2. ウォーニングは出して欲しい。

3. あいまいなコードを実行したら実行時エラーにして欲しい。

4. あいまいなコードを実行し、あいまいな動作を行う。 ⇐ここに至る前にバグに気づき直したい!!!

・ソースコードの実行前にあいまいなコードに気づき、修正したい。もし実行しても実行時エラーにし
て欲しい。あいまいなコードが組み込まれも気づかず、リリースされてしまうことほど怖いことはな
い。
開発者がコンパイラに望むこと
24

・多くの本、ブログでRustをARM Cortex-Mコアで動かすチュー
トリアルが掲載されている。実機で確認したい場合、ARM
Cortex-Mのターゲットボードが個人的におすすめ。

・実機の前に手軽に試してみたい場合、QEMUで試してみるのも
良いかもしない。

・Arduinoで動かした事例もある。
Rustの組込み開発への適用
25

・所有権システム：コンパイルできたらメモリ安全性を保証。

・Cargo：ビルドツール・パッケージマネージャ

テスト・ドキュメント・その他多くの機能。

・C FFI：Rust Cの相互呼び出し可能。
まだまだあるよ、Rustの魅力♥♥♥
26

ご清聴ありがとうございました。
終わり
27

以降にワークのC/C++, Rustのソースコード
のシミュレーション実行結果を記載します。

シミュレーション実行確認後に見ることをお
勧めします。
ワークの実行結果
28

テーマはこちら ※ファイル拡張子はCは*.c,Rustは*.rs

★1. 整数型オーバーフロー: val_overflow.*





29


Cの場合

⇛Cはwarning, 実行可能。
30


Rustの場合

⇛コンパイルエラー, 実行不可能。
31



★2. 未初期化変数の参照: uninitialized_val.*




32


Cの場合

⇛Cはwarning, 実行可能。
33


Rustの場合

34




★3. ゼロ割り: div_by_zero.*



35


Cの場合

⇛Cはwarning, 実行可能⇛例外発生。
36


Rustの場合

37





★4. 配列要素外アクセス: array_index_err.*


38


Cの場合

⇛Cは実行可能。配列要素外へアクセスする。
39


Rustの場合

⇛実行可能。実行時エラー。panic!を使えば実行時エラー内容がわかる。
40






★5. ビットシフトオーバーフロー: shift_overflow.*

41


Cの場合

⇛Cはwarning。実行可能。
42


Rustの場合

43







★6. ビットシフト負の数: shift_negative.*
44


Cの場合

⇛Cはwarning。実行可能。
45


Rustの場合

46

テーマはこちら ※ファイル拡張子はCは*.c, C++は*.cpp, Rustは*.rs


CとRustのコードを比較。



C++とRustのコードを比較。
47

20210830 rust入学式

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