前章で、メモリが行と列の格子状に配置されていることを学びました。

数十億個のセルがある中から、1つを選ぶ必要があります。

どうやって？

答えは「アドレス」です。

メモリの住所。

今日は、このアドレスの仕組みを深掘りします。

そして、現代のコンピュータに欠かせない「仮想メモリ」についても触れます。

第115章へようこそ。

今日のテーマは「コストの可視性」です。

プログラムには、あらゆる操作にコストがあります。

メモリの確保、データのコピー、関数の呼び出し。

これらは時間とメモリを消費する。

Rustの設計原則の一つは、このコストをコード上で見えるようにすることです。

暗黙のコピーがない。暗黙のヒープ確保がない。暗黙の動的ディスパッチがない。

コストが発生する場所は、コードを読めばわかる。

レジスタはフリップフロップで作られます。

でも、フリップフロップは部品数が多い。

1ビットあたり6個程度のトランジスタが必要です。

8ギガバイトのメモリを作るとなると、640億ビット。

6倍で3840億個のトランジスタ。

これでは大きすぎて、コストも高すぎます。

今日は、大容量メモリを実現する「メモリセル」の話です。

第114章へようこそ。

今日のテーマは「表現可能性の制限」です。

言語の特徴は、何が書けるかで語られることが多い。

しかしRustの特徴は、何が書けないかに色濃く現れます。

nullが書けない。継承が書けない。共有可変状態が書けない。自己参照が書けない。

これらは制限です。しかし、ただの制限ではない。

書けないことが、別の設計を強制する。

その強制された設計が、元の設計より明確になることがある。

今日は、Rustが禁じていることと、その禁止が設計をどこに導くかを見ていきます。

そして、禁止が常に良い結果を生むわけではないことも、正直に見ます。

前章では、1ビットを記憶するフリップフロップを学びました。

今日は、フリップフロップを並べて作る「レジスタ」の話です。

レジスタはCPUの内部にある、最も高速な記憶装置。

数も少なく、容量も小さい。

でも、計算の要となる存在です。

第113章へようこそ。

今日のテーマは「効果の追跡」です。

英語ではeffect tracking、エフェクトトラッキングと呼びます。

「この関数は何を引き起こすか」。

Rustはこの問いに対して、型で答えます。

変更するかもしれない。失敗するかもしれない。値がないかもしれない。非同期かもしれない。

これらの「かもしれない」を、Rustは型のレベルで宣言させます。

隠れた副作用はない。何が起きうるかは、型を見ればわかる。

この設計原則が、効果の追跡です。

ここまで「計算」を見てきました。

今日から「記憶」に入ります。

コンピュータは計算するだけでなく、結果を覚えておく必要があります。

計算したあたいを保存して、後で使う。

これがなければ、プログラムは動きません。

今日の主役は「フリップフロップ」。

1ビットを記憶する、最も基本的な回路です。

第112章へようこそ。

今日のテーマは「線形性」です。

英語ではlinearity、リニアリティと呼びます。

Rustでは、値を別の変数に代入すると、元の変数は使えなくなります。

これをムーブと呼ぶことは、すでに学んでいます。

今日はこのムーブの背後にある思想を掘ります。

ムーブは「効率のためにコピーを避ける」という話ではない。

「値は一度だけ使われる資源である」という世界観の表れです。

この世界観を、線形性と呼びます。

第111章へようこそ。

今日のテーマは「局所推論」です。

英語ではlocal reasoning、ローカルリーズニングと呼びます。

局所推論とは何か。

「コードの一部分だけを見れば、その部分の正しさを判断できる」ということです。

プログラム全体を頭に入れなくていい。

今見ている関数だけを見れば、その関数が正しいかどうかわかる。

この性質を、局所推論が可能であると言います。

Rustの設計は、この性質を徹底的に追求しています。

所有権、借用規則、ライフタイム、トレイト境界。これらの仕組みはすべて、局所推論を可能にするための道具です。

ここまでで、論理ゲートから加算器までを見てきました。

足し算はできるようになった。

引き算も、2の補数を使えばできる。

でも、コンピュータは足し算と引き算だけではありません。

AND、OR、XORといった論理演算もある。

比較もある。シフトもある。

これらをすべて別々の回路で作るのでしょうか。

今日の主役は「ALU」、Arithmetic Logic Unit。

算術論理演算装置です。