最終コード

さて、これで Rust における 100% 安全な双方向リンクリストを実装したことになります。実装は悪夢のようで、実装の詳細が漏れ出しており、いくつかの基本的な操作もサポートしていません。

それでも、存在はしています。

ああ、それに Rc と RefCell の間の正当性のために、大量の「不要な」ランタイムチェックだらけでもあります。不要、を引用符付きにしたのは、それらが実際には全体が 実際に安全である ことを保証するために必要だからです。実際にそれらのチェックが必要だった箇所にいくつか遭遇しました。双方向リンクリストのエイリアシングと所有権の話は、ひどくもつれています！

それでも、これは私たちにできることです。特に、内部データ構造を利用者に公開することを気にしないのであれば。

ここから先は、このコインのもう一方の面に焦点を当てていきます。つまり、実装を unsafe にすることで、すべての制御を取り戻すことです。

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::rc::Rc;
use std::cell::{Ref, RefMut, RefCell};

pub struct List<T> {
    head: Link<T>,
    tail: Link<T>,
}

type Link<T> = Option<Rc<RefCell<Node<T>>>>;

struct Node<T> {
    elem: T,
    next: Link<T>,
    prev: Link<T>,
}


impl<T> Node<T> {
    fn new(elem: T) -> Rc<RefCell<Self>> {
        Rc::new(RefCell::new(Node {
            elem: elem,
            prev: None,
            next: None,
        }))
    }
}

impl<T> List<T> {
    pub fn new() -> Self {
        List { head: None, tail: None }
    }

    pub fn push_front(&mut self, elem: T) {
        let new_head = Node::new(elem);
        match self.head.take() {
            Some(old_head) => {
                old_head.borrow_mut().prev = Some(new_head.clone());
                new_head.borrow_mut().next = Some(old_head);
                self.head = Some(new_head);
            }
            None => {
                self.tail = Some(new_head.clone());
                self.head = Some(new_head);
            }
        }
    }

    pub fn push_back(&mut self, elem: T) {
        let new_tail = Node::new(elem);
        match self.tail.take() {
            Some(old_tail) => {
                old_tail.borrow_mut().next = Some(new_tail.clone());
                new_tail.borrow_mut().prev = Some(old_tail);
                self.tail = Some(new_tail);
            }
            None => {
                self.head = Some(new_tail.clone());
                self.tail = Some(new_tail);
            }
        }
    }

    pub fn pop_back(&mut self) -> Option<T> {
        self.tail.take().map(|old_tail| {
            match old_tail.borrow_mut().prev.take() {
                Some(new_tail) => {
                    new_tail.borrow_mut().next.take();
                    self.tail = Some(new_tail);
                }
                None => {
                    self.head.take();
                }
            }
            Rc::try_unwrap(old_tail).ok().unwrap().into_inner().elem
        })
    }

    pub fn pop_front(&mut self) -> Option<T> {
        self.head.take().map(|old_head| {
            match old_head.borrow_mut().next.take() {
                Some(new_head) => {
                    new_head.borrow_mut().prev.take();
                    self.head = Some(new_head);
                }
                None => {
                    self.tail.take();
                }
            }
            Rc::try_unwrap(old_head).ok().unwrap().into_inner().elem
        })
    }

    pub fn peek_front(&self) -> Option<Ref<T>> {
        self.head.as_ref().map(|node| {
            Ref::map(node.borrow(), |node| &node.elem)
        })
    }

    pub fn peek_back(&self) -> Option<Ref<T>> {
        self.tail.as_ref().map(|node| {
            Ref::map(node.borrow(), |node| &node.elem)
        })
    }

    pub fn peek_back_mut(&mut self) -> Option<RefMut<T>> {
        self.tail.as_ref().map(|node| {
            RefMut::map(node.borrow_mut(), |node| &mut node.elem)
        })
    }

    pub fn peek_front_mut(&mut self) -> Option<RefMut<T>> {
        self.head.as_ref().map(|node| {
            RefMut::map(node.borrow_mut(), |node| &mut node.elem)
        })
    }

    pub fn into_iter(self) -> IntoIter<T> {
        IntoIter(self)
    }
}

impl<T> Drop for List<T> {
    fn drop(&mut self) {
        while self.pop_front().is_some() {}
    }
}

pub struct IntoIter<T>(List<T>);

impl<T> Iterator for IntoIter<T> {
    type Item = T;

    fn next(&mut self) -> Option<T> {
        self.0.pop_front()
    }
}

impl<T> DoubleEndedIterator for IntoIter<T> {
    fn next_back(&mut self) -> Option<T> {
        self.0.pop_back()
    }
}

#[cfg(test)]
mod test {
    use super::List;

    #[test]
    fn basics() {
        let mut list = List::new();

        // 空のリストが正しく振る舞うことを確認
        assert_eq!(list.pop_front(), None);

        // リストを埋める
        list.push_front(1);
        list.push_front(2);
        list.push_front(3);

        // 通常の削除を確認
        assert_eq!(list.pop_front(), Some(3));
        assert_eq!(list.pop_front(), Some(2));

        // 何も壊れていないことを確認するために、さらにいくつか push する
        list.push_front(4);
        list.push_front(5);

        // 通常の削除を確認
        assert_eq!(list.pop_front(), Some(5));
        assert_eq!(list.pop_front(), Some(4));

        // 使い切りを確認
        assert_eq!(list.pop_front(), Some(1));
        assert_eq!(list.pop_front(), None);

        // ---- 後ろ -----

        // 空のリストが正しく振る舞うことを確認
        assert_eq!(list.pop_back(), None);

        // リストを埋める
        list.push_back(1);
        list.push_back(2);
        list.push_back(3);

        // 通常の削除を確認
        assert_eq!(list.pop_back(), Some(3));
        assert_eq!(list.pop_back(), Some(2));

        // 何も壊れていないことを確認するために、さらにいくつか push する
        list.push_back(4);
        list.push_back(5);

        // 通常の削除を確認
        assert_eq!(list.pop_back(), Some(5));
        assert_eq!(list.pop_back(), Some(4));

        // 使い切りを確認
        assert_eq!(list.pop_back(), Some(1));
        assert_eq!(list.pop_back(), None);
    }

    #[test]
    fn peek() {
        let mut list = List::new();
        assert!(list.peek_front().is_none());
        assert!(list.peek_back().is_none());
        assert!(list.peek_front_mut().is_none());
        assert!(list.peek_back_mut().is_none());

        list.push_front(1); list.push_front(2); list.push_front(3);

        assert_eq!(&*list.peek_front().unwrap(), &3);
        assert_eq!(&mut *list.peek_front_mut().unwrap(), &mut 3);
        assert_eq!(&*list.peek_back().unwrap(), &1);
        assert_eq!(&mut *list.peek_back_mut().unwrap(), &mut 1);
    }

    #[test]
    fn into_iter() {
        let mut list = List::new();
        list.push_front(1); list.push_front(2); list.push_front(3);

        let mut iter = list.into_iter();
        assert_eq!(iter.next(), Some(3));
        assert_eq!(iter.next_back(), Some(1));
        assert_eq!(iter.next(), Some(2));
        assert_eq!(iter.next_back(), None);
        assert_eq!(iter.next(), None);
    }
}
}