ジェネリックな帰納的定義

IntList、StringList、FloatList を別々に書く代わりに、要素型が何であっても動く List<T> を一つ書く。型パラメータ（type parameter）とは、その型が使われるときに埋められるプレースホルダーだ。

構文

型パラメータは型名の後ろ、山括弧内に書く名前だ。

enum Option<T> {
    None,
    Some(T),
}

T がプレースホルダーだ。Option<i32>、Option<String>、Option<bool> は一つの定義から生成される三つの異なる具体型だ。

二つのパラメータを持つ構造体：

struct Pair<A, B> {
    first: A,
    second: B,
}

let p: Pair<i32, &str> = Pair { first: 42, second: "hello" };

ジェネリックな再帰リスト

ジェネリクスと帰納的型がなぜ相性がよいかを示す典型例が、単方向連結リストだ。

enum List<T> {
    Nil,
    Cons(T, Box<List<T>>),
}

Nil は空のリスト。Cons(x, rest) は x を rest の先頭に追加する。再帰フィールド Box<List<T>> は、あらゆる再帰的帰納型と同じ理由で Box が必要だ — コンパイラに有限の既知サイズを与えるためだ。

整数リストと文字列リストを同じ定義で構築できる。

let ints: List<i32> = List::Cons(1, Box::new(List::Cons(2, Box::new(List::Nil))));
let strs: List<&str> = List::Cons("a", Box::new(List::Nil));

定義一つ、具体型は多数

コンパイラが List<i32> と List<&str> を見ると、それぞれに対して別々の機械語コードを生成する — この処理を単相化（monomorphization）と呼ぶ。ジェネリックな定義はテンプレートであり、異なるインスタンス化ごとに具体的な特殊化型が生成される。

つまり Rustのジェネリック型は型パラメータによる実行時コストがない。List<i32> 向けに生成されるコードは、List を i32 専用として定義した場合と完全に同じだ。

ジェネリック型への impl ブロック

ジェネリック型にメソッドを追加するには、型パラメータが二箇所に現れる。impl の後（導入）と型名の後（使用）だ。

impl<T> List<T> {
    fn is_empty(&self) -> bool {
        matches!(self, List::Nil)
    }
}

impl の後の <T> は「任意の型 T に対して」を意味し、List の後の <T> は「この impl は List<T> に適用される」を意味する。両方が必要だ。

多相性との対応

ジェネリックな型定義は、ジェネリック関数の型レベル版だ。fn identity<T>(x: T) -> T が任意の T に対して動くように、List<T> は任意の要素型に対して動く。どちらも「型に対してパラメータ化されている」ことを表現している — 関数は項のレベルで、型定義は型のレベルで。同じ単相化のメカニズムが両方に適用される。