[Rust] Start Rust (Day 11) - Enums and Pattern Matching [1]

🦀 Rust Day 11

🏳️ Enums and Pattern Matching

• 열거자(enumerations, enums) 는 사용 가능한 값만 나열한 타입을 정의할 때 사용
• 패턴 매칭은 열거자가 가진 여러 값에 대해 각기 다른 코드를 쉽게 실행할 수 있는 방법
• 러스트의 열거자는 F#, OCaml, 하스켈(Haskell) 과 같은 함수형 언어의 대수식(algebraic) 데이터 타입에 더 가까움

1️⃣ 열거자 정의하기

• IP 주소는 버전 4나 버전 6 형식의 주소지만 동시에 두 형식을 지원할 수 없음
• 이러한 IP 주소의 특징 덕분에 구조체보다는 열거자 데이터 구조를 적용하는 것이 적합함
  • 열거자에 나열한 값은 반드시 하나만 사용할 수 있음

enum IpAddrKind {
    V4,
    V6,
}

• IP 주소의 형식을 나타내는 IPAddrKind 열거자 정의 후 각 형식을 표현하기 위한 V4 와 V6 값 정의
  • 해당 값들을 열거자의 열것값(variants) 이라고 칭함
  • IpAddrKind 열거자는 이제 코드에서 사용할 수 잇는 하나의 타입으로 간주됨

🤔 열거자의 값

let ipv4_1 = IpAddrKind::V4;
let ipv6_1 = IpAddrKind::V6;

• 열거자의 각 값을 표현하는 인스턴스
• 열거자의 각 값은 식별자를 이용해 구분함
  • 식별자와 값은 :: 문법으로 구분

fn route(ip_type: IpAddrKind) { }

• 열거자를 매개변수로 갖는 함수도 정의할 수 있음

enum IpAddrKind {
    V4,
    V6,
}

struct IpAddr {
    kind: IpAddrKind,
    address: String,
}

fn main() {
    let home = IpAddr {
        kind: IpAddrKind::V4,
        address: String::from("127.0.0.1"),
    };

    let switch = IpAddr {
        kind: IpAddrKind::V6,
        address: String::from("::1"),
    };

    println!("{}\n{}", home.address, switch.address);
}
// Result
// 127.0.0.1
// ::1

• 구조체를 이용해 IP 주소의 종류와 데이터를 저장함
• IpAddr 구조체 정의 후 IpAddrKind 열거자 타입의 kind 필드, String 타입의 address 필드 정의
• 구조체를 이용해 IP 주소의 종류와 실제 주소를 하나로 묶었기 때문에 열거자의 값과 관련된 값을 하나로 처리할 수 있음

#[derive(Debug)]
enum IpAddrKind {
    V4(String),
    V6(String),
}

fn main() {
    let home = IpAddrKind::V4(
        String::from("127.0.0.1")
    );
    let switch = IpAddrKind::V6(
        String::from("::1")
    );

    println!("{:?}\n{:?}", home, switch);
}
// Result
// V4("127.0.0.1")
// V6("::1")

• 데이터를 열거자의 열것값에 직접 저장하여 표현함
• IpAddr 열거자는 V4 와 V6 값을 정의하면서 연관된 값의 타입을 String 타입으로 명시
• 별도의 구조체를 선언할 필요가 없음

#[derive(Debug)]
enum IpAddrKind {
    V4(u8, u8, u8, u8),
    V6(String),
}

fn main() {
    let home = IpAddrKind::V4(
        127, 0, 0, 1
    );
    let switch = IpAddrKind::V6(
        String::from("::1")
    );

    println!("{:?}\n{:?}", home, switch);
}
// Result
// V4(127, 0, 0, 1)
// V6("::1")

• 열거자에 나열된 각각의 값을 서로 다른 타입과 다른 수의 연관 데이터를 보유할 수 있음
• V4 형식의 주소에 네 개의 u8 값을 저장, V6 형식의 주소는 그대로 String 타입
• 구조체로는 이런 데이터 구조를 갖출 수 없음
• 열거자의 값에는 문자열, 숫자, 구조체 등 어떤 종류의 데이터 도 저장할 수 있음
  • 다른 열거자를 저장해도 무방함
• 표준 라이브러리에 열거자가 정의되어 있다고 해도 표준 라이브러리에 정의한 타입을 코드의 범위로 가져오지 않는 한 아무런 문제 없이 같은 이름의 타입을 재정의할 수 있음

enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(i32, i32, i32)
}

• 개별 값을 각기 다른 타입으로 정의한 Message 열거자
  • Quit : 연관 데이터를 갖지 않음
  • Move : 익명 구조체(anonymous struct) 포함
  • Write : 하나의 String 값 포함
  • ChangeColor : 세 개의 i32 값 포함
  • 각기 다른 구조체 타입을 정의하는 것과 유사함
    • 다른점 1. struct keyword를 사용하지 않음
    • 다른점 2. 열거자의 개별 값들은 모두 열거자 타입에 속함

struct QuitMsg; // 유닛 구조체
struct MoveMsg { 
    x: i32, 
    y: i32,
}
struct WriteMsg(String); // 튜플 구조체
struct ChangeColorMsg(i32, i32, i32); // 튜플 구조체

• Message 열거자와 같은 데이터를 저장하도록 정의한 구조체
• 다른 타입의 구조체를 정의하게 되면 여러 종류의 메시지를 매개변수로 전달받는 함수를 쉽게 정의할 수 없음

#[derive(Debug)]
enum Message {
    Quit,
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(i32, i32, i32)
}

impl Message {
    fn call(&self) {
        println!("{:?}", self);
    }
}

fn main() {
    let msg = Message::Write(
        String::from("Hello, world!")
    );

    msg.call();
}
// Result
// Write("Hello, world!")

• impl 블록을 이용하여 열거자의 메서드를 정의함
• self keyword로 메서드를 호출하는 열거자의 값을 가져올 수 있음

🤔 Option 열거자를 Null 값 대신 사용할 때의 장점

• Option 타입은 매우 다양한 곳에서 활용 가능
  • 어떤 값이 존재하거나 존재하지 않는, 아주 범용적인 시나리오에 적합하도록 디자인되었기 때문
  • 타입 시스템이 이런 타입을 제공한다는 것은 코드가 모든 경우의 수를 처리하고 있는지를 컴파일러가 확인할 수 있다는 것을 의미
• 러스트는 다른 언어가 가지고 있는 널(null) 이라는 값의 개념이 없음
  • 널값 : 아무런 값을 갖지 않는 경우를 의미
  • 널값 을 지원하는 언어에서 변수는 항상 널 이거나 널이 아닌(not-null) 두 가지 상태 중 하나임
• 널값 의 문제점은 널값 을 널이 아닌 값 처럼 사용하려고 하면 에러가 발생한다는 점임
• 러스트는 어떤 값의 존재 여부를 표현하는 열거자를 정의하고 있음
• 😎 Option<T>
  • Option<T> 열거자는 prelude 에 포함되어 있기에 열것값도 함께 명시적으로 범위를 가져올 필요가 없음
    • Option:: 접두어 없이 Some 이나 None 값 사용 가능
    • prelude에 대한 공식 문서
  • 러스트의 <T> 문법은 제네릭(generic) 타입의 매개변수를 의미
    • <T> 매개변수 덕분에 Option 열거자의 Some 값은 어떤 타입의 데이터도 저장이 가능함
    • Ex1. let num = Some(5); $=>$ 숫자 타입
    • Ex2. let msg = Some("Hello, world!"); $=>$ 문자열 타입
    • Some 대신 None 값을 이용하면 Option<T> 열거자 타입을 명시해야 함
    • Ex1. let null_num: Option<i32> = None;
  • Option<T> 와 T 는 다른 타입이기 때문에 컴파일러는 유효한 값이 명확히 존재할 때는 Option<T> 값을 사용하는 것을 허락하지 않음
    • i8 타입의 값을 갖고 있다면 이 값은 항상 유효한 값이라 가정하기 때문에 이 값을 사용하기 전에 널 검사 같은 것을 할 필요가 없음
    • Option<i8> 타입을 사용할 때만 이 변수에 값이 없을 가능성이 있기에 사용에 앞서 값이 없는 경우를 처리하려고 함
  • T 타입에 대한 작업 실행 전에 Option<T> 타입을 T 타입으로 변환해야 함
• // 표준 라이브러리에서 Option<T>의 정의 enum Option<T> { Some(T), None, }
• 어떤 값이 널값 을 가질 수 있도록 하려면 Option<T> 타입 명시
• 값을 사용하고자 하면 이 값이 널인 경우를 반드시 명시적으로 처리
• Option<T> 가 아닌 다른 타입의 값을 사용하는 경우라면 이 값은 널이 아닐 것으로 생각해도 무방
• Option<T> 의 다양한 메서드 in Official Document
  • https://doc.rust-lang.org/stable/std/option/enum.Option.html
• 통상 Option<T> 값을 사용하려면 열거자에 나열된 개별 값을 처리할 코드를 작성해야 함
  • match 표현식을 사용해 쉽게 구현 가능
    • (1). Some(T) 값을 가진 경우만 실행 -> 열거자 안에 저장된 T 의 값에 접근할 수 있음
    • (2). None 값을 가진 경우에 실행 -> T 값에 접근 불가능