単相化

おそらくご存じのとおり、Rust には非常に表現力豊かな型システムがあり、ジェネリック型を広範にサポートしています。しかし当然ながら、アセンブリはジェネリックではないため、コードを実行できるようにする前に、すべてのジェネリックの具体的な型を把握する必要があります。

言語によって、この問題の扱い方は異なります。たとえば Java などの一部の言語では、実行時まで値の最も正確な型がわからない場合があります。Java の場合、これは問題ありません。なぜなら、ほぼすべての変数はいずれにせよ参照値（つまり、ヒープに割り当てられたオブジェクトへのポインター）だからです。この柔軟性にはパフォーマンス上のコストが伴います。オブジェクトへのすべてのアクセスでポインターをデリファレンスする必要があるためです。

Rust は異なるアプローチを取ります。すべてのジェネリック型を_単相化_します。これは、必要とされる具体的な型ごとに、コンパイラがジェネリック関数のコードの異なるコピーを生成することを意味します。たとえば、コード内で Vec<u64> と Vec<String> を使う場合、生成されるバイナリには Vec の生成コードが 2 つ含まれます。1 つは Vec<u64> 用、もう 1 つは Vec<String> 用です。その結果、高速なプログラムになりますが、その代償としてコンパイル時間（これらすべてのコピーを作成するのに時間がかかる可能性があります）とバイナリサイズ（これらすべてのコピーが多くの領域を占める可能性があります）が増加します。

単相化は、Rust コンパイラのバックエンドにおける最初のステップです。

収集

まず、プログラム内のすべてのジェネリックなものについて、どの具体的な型が必要かを把握する必要があります。これは_収集_と呼ばれ、これを行うコードは_単相化コレクター_と呼ばれます。

次の例を見てください。

fn banana() {
   peach::<u64>();
}

fn main() {
    banana();
}

単相化コレクターは、[main, banana, peach::<u64>] というリストを返します。これらは、機械語コードが生成される関数です。コレクターは、statics のようなものもそのリストに追加します。

詳細については、コレクターの rustdocs を参照してください。

単相化コレクターは、MIR lowering と codegen の直前に実行されます。 rustc_codegen_ssa::base::codegen_crate は collect_and_partition_mono_items クエリを呼び出します。このクエリは単相化の収集を行い、その後それらを codegen units に分割します。

Codegen Unit (CGU) のパーティショニング

インクリメンタルビルド時間を改善するため、CGU パーティショナーはソースレベルの各モジュールに対して 2 つの CGU を作成します。一方は「stable」、つまり非ジェネリックコード用で、もう一方はより揮発的なコード、つまり単相化/特殊化されたインスタンス用です。

依存関係について、Crate B が Crate A に依存しているような Crate A と Crate B を考えます。 次の表は、Crate B の 1 つ以上のモジュールで使用される可能性がある Crate A の関数について、さまざまなシナリオを示しています。

パーティショナーの詳細については、モジュールレベルの[ドキュメント]を読んでください。