課題2: Cargo実践とプロジェクト構築

マンダトリー要件

問題1：環境構築の確認（10点）

以下のコマンドを実行し、出力をキャプチャして提出しなさい。

# 1. バージョン確認（各2点）
rustc --version
cargo --version
rustup --version

# 2. インストール済みターゲットの確認（2点）
rustup target list --installed

# 3. インストール済みコンポーネントの確認（2点）
rustup component list --installed

提出物：

environment.txt: 上記コマンドの出力結果

問題2：Hello Worldプロジェクト（15点）

プロジェクトの作成（5点）

   cargo new hello_rust

main.rsの修正（5点）

以下の要件を満たすプログラムを作成： - コマンドライン引数を受け取る - 引数がない場合は "Hello, World!" を表示 - 引数がある場合は "Hello, [名前]!" を表示

   // 期待される動作
   // $ cargo run
   // Hello, World!

   // $ cargo run -- Alice
   // Hello, Alice!

ビルドと実行（5点）

- デバッグビルドを実行 - リリースビルドを実行 - それぞれのバイナリサイズを比較

提出物：

src/main.rs: 修正したソースコード
build_comparison.txt: ビルド結果の比較（サイズ、コンパイル時間）

問題3：ライブラリプロジェクト（25点）

calculatorという名前のライブラリクレートを作成しなさい。

プロジェクト作成（5点）

   cargo new --lib calculator

基本機能の実装（10点）

src/lib.rs:

   /// 2つの数値を加算します
   pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
       // TODO: 実装
   }

   /// 2つの数値を減算します
   pub fn subtract(a: i32, b: i32) -> i32 {
       // TODO: 実装
   }

   /// 2つの数値を乗算します
   pub fn multiply(a: i32, b: i32) -> i32 {
       // TODO: 実装
   }

   /// 2つの数値を除算します（0除算はエラー）
   pub fn divide(a: i32, b: i32) -> Result<i32, String> {
       // TODO: 実装
       // ヒント：b == 0の場合はErr("Division by zero")を返す
   }

テストの実装（10点）

各関数に対して最低2つのテストケースを作成：

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

       #[test]
       fn test_add() {
           assert_eq!(add(2, 3), 5);
           assert_eq!(add(-1, 1), 0);
       }

       #[test]
       fn test_divide() {
           assert_eq!(divide(10, 2), Ok(5));
           assert!(divide(10, 0).is_err());
       }

       // TODO: subtract, multiplyのテストも追加
   }

提出物：

calculator/src/lib.rs: 実装とテスト
test_results.txt: cargo testの実行結果

問題4：依存関係の管理（20点）

json_readerプロジェクトを作成し、JSONファイルを読み込む機能を実装しなさい。

プロジェクト作成と依存関係追加（5点）

   cargo new json_reader
   cd json_reader

Cargo.tomlに以下を追加：

   [dependencies]
   serde = { version = "1.0", features = ["derive"] }
   serde_json = "1.0"

データ構造の定義（5点）

src/main.rs:

   use serde::{Deserialize, Serialize};

   #[derive(Debug, Serialize, Deserialize)]
   struct Person {
       name: String,
       age: u32,
       email: String,
   }

   // TODO: 実装

JSON読み込みの実装（10点）

以下の機能を実装： - JSONファイルから Person を読み込む - 読み込んだデータを表示 - エラーハンドリング

テスト用JSON（person.json）:

   {
     "name": "Alice",
     "age": 30,
     "email": "alice@example.com"
   }

期待される出力:

   Name: Alice
   Age: 30
   Email: alice@example.com

提出物：

json_reader/Cargo.toml: 依存関係設定
json_reader/src/main.rs: 実装
json_reader/person.json: テストデータ
execution_result.txt: 実行結果

問題5：コード品質ツール（15点）

前の問題（calculator）に対して、以下のツールを実行しなさい。

Rustfmt（5点）

   cargo fmt

フォーマット前後のdiffを記録

Clippy（5点）

   cargo clippy

警告があれば修正し、その内容を記録

ドキュメント生成（5点）

   cargo doc --open

各関数にドキュメントコメントを追加：

   /// 2つの数値を加算します。
   ///
   /// # Examples
   ///
   ///

/// use calculator::add; /// assert_eq!(add(2, 3), 5); ///

   pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
       a + b
   }

提出物：

clippy_report.txt: Clippyの実行結果と修正内容
calculator/src/lib.rs: ドキュメントコメント追加版

問題6：プロジェクト構造（15点）

multi_moduleプロジェクトを作成し、適切なモジュール構造を実装しなさい。

要件：

multi_module/
├── Cargo.toml
└── src/
    ├── main.rs
    ├── lib.rs
    ├── math/
    │   ├── mod.rs
    │   ├── basic.rs    # add, subtract
    │   └── advanced.rs # power, sqrt
    └── string/
        ├── mod.rs
        └── utils.rs    # reverse, to_uppercase

実装内容：

math::basicモジュール：add, subtract関数
math::advancedモジュール：power, sqrt関数
string::utilsモジュール：reverse, to_uppercase関数
lib.rs：各モジュールを公開
main.rs：各関数を使用してデモ

提出物：

multi_module/ディレクトリ全体
module_structure.txt: ツリー構造の説明

---

ボーナス課題

> ボーナス: 以下はオプションです。マンダトリー要件を完了してから挑戦してください。

ボーナス1：ワークスペースの構築（10点）

複数のクレートを含むワークスペースを作成しなさい。

構造：

my_workspace/
├── Cargo.toml          # ワークスペース設定
├── core/               # 共通ライブラリ
│   ├── Cargo.toml
│   └── src/lib.rs
├── cli/                # CLIツール
│   ├── Cargo.toml
│   └── src/main.rs
└── web/                # Webサーバー
    ├── Cargo.toml
    └── src/main.rs

要件：

coreクレート：共通のデータ構造と関数
cliクレート：coreを使用するCLIツール
webクレート：coreを使用するWebサーバー（簡易版）
ワークスペース全体のビルドとテスト

提出物：

my_workspace/ディレクトリ全体
workspace_guide.md: 各クレートの説明と使い方

ボーナス2：CLIツールの完成（10点）

clapクレートを使用して、本格的なCLIツールを作成しなさい。

機能要件：

# ファイル情報を表示するツール
$ fileinfo --help
A simple file information tool

USAGE:
    fileinfo [OPTIONS] <FILE>

ARGS:
    <FILE>    The file to analyze

OPTIONS:
    -s, --size       Show file size
    -t, --type       Show file type
    -m, --modified   Show last modified time
    -a, --all        Show all information
    -h, --help       Print help information

実装内容：

clapを使用したコマンドライン引数パース
ファイルのメタデータ取得
適切なエラーハンドリング
カラー出力（colored クレート使用）

提出物：

fileinfo/プロジェクト全体
usage_examples.txt: 使用例

ボーナス3：ビルド最適化の実験（10点）

様々なビルド設定を試し、性能を比較しなさい。

実験内容：

サンプルプログラム作成

- フィボナッチ数列（再帰版） - 大きな配列のソート - 文字列処理

ビルドプロファイルの比較

   [profile.release-small]
   inherits = "release"
   opt-level = "z"
   lto = true
   codegen-units = 1
   strip = true

   [profile.release-fast]
   inherits = "release"
   opt-level = 3
   lto = "fat"
   codegen-units = 1

測定項目

- コンパイル時間 - バイナリサイズ - 実行時間 - メモリ使用量

提出物：

benchmark/プロジェクト
optimization_report.md: 実験結果とグラフ
Cargo.toml: 各種プロファイル設定

ボーナス4：CI/CDパイプラインの構築（10点）

GitHub Actionsを使用して、完全なCI/CDパイプラインを構築しなさい。

要件：

リント・フォーマットチェック

- rustfmt - clippy

マルチプラットフォームビルド

- Linux (x86_64) - macOS (x86_64, aarch64) - Windows (x86_64)

テスト

- ユニットテスト - 統合テスト - ドキュメントテスト

リリース自動化

- タグプッシュ時にバイナリをビルド - GitHub Releasesにアップロード

提出物：

.github/workflows/ci.yml: CI設定
.github/workflows/release.yml: リリース設定
ci_cd_guide.md: パイプラインの説明

ボーナス5：カスタムCargoコマンド（10点）

cargo-customという独自のCargoサブコマンドを作成しなさい。

機能例：

cargo custom analyze   # プロジェクトの統計を表示
cargo custom clean-all # targetと依存キャッシュを削除
cargo custom graph     # 依存関係グラフを生成

実装ガイド：

バイナリ名をcargo-customにする
第1引数が"custom"であることを確認
サブコマンドに応じた処理を実装

提出物：

cargo-custom/プロジェクト
README.md: インストールと使用方法

---

評価基準

マンダトリー部分（80点）

項目	配点	評価ポイント
問題1：環境構築	10点	正しいインストールと確認
問題2：Hello World	15点	基本的なプロジェクト操作
問題3：ライブラリ	25点	関数実装とテストの質
問題4：依存関係	20点	外部クレートの正しい使用
問題5：品質ツール	15点	ツールの理解と活用
問題6：構造化	15点	モジュール設計の適切性

ボーナス部分（20点）

項目	配点	評価ポイント
ボーナス1：ワークスペース	10点	複数クレートの管理
ボーナス2：CLIツール	10点	実用的なツール作成
ボーナス3：最適化実験	10点	詳細な性能分析
ボーナス4：CI/CD	10点	自動化パイプライン
ボーナス5：カスタムコマンド	10点	Cargoエコシステムの理解

注: ボーナスは最大20点まで加算されます。

---

提出方法

ファイル構成

rust-foundations-02/
├── problem1/
│   └── environment.txt
├── problem2/
│   ├── hello_rust/
│   └── build_comparison.txt
├── problem3/
│   ├── calculator/
│   └── test_results.txt
├── problem4/
│   ├── json_reader/
│   └── execution_result.txt
├── problem5/
│   ├── calculator/         # 修正版
│   └── clippy_report.txt
├── problem6/
│   ├── multi_module/
│   └── module_structure.txt
└── bonus/
    ├── bonus1-workspace/
    ├── bonus2-cli/
    ├── bonus3-benchmark/
    ├── bonus4-ci/
    └── bonus5-cargo-custom/

Git管理

以下をコミットに含めないこと（.gitignore）：

# ビルド成果物
target/
Cargo.lock  # ライブラリの場合は含めない

# IDE
.idea/
.vscode/
*.swp

提出期限

マンダトリー：第2章学習後、1週間以内
ボーナス：第5章修了時まで

---

ヒント

問題2のヒント

コマンドライン引数の取得：

use std::env;

fn main() {
    let args: Vec<String> = env::args().collect();
    // args[0]はプログラム名
    // args[1]以降が引数
}

問題3のヒント

divide関数の実装：

pub fn divide(a: i32, b: i32) -> Result<i32, String> {
    if b == 0 {
        Err("Division by zero".to_string())
    } else {
        Ok(a / b)
    }
}

問題4のヒント

ファイル読み込み：

use std::fs;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let data = fs::read_to_string("person.json")?;
    let person: Person = serde_json::from_str(&data)?;
    println!("{:?}", person);
    Ok(())
}

ボーナス2のヒント

clapの基本的な使い方：

use clap::Parser;

#[derive(Parser)]
#[command(name = "fileinfo")]
#[command(about = "A simple file information tool")]
struct Args {
    /// The file to analyze
    file: String,

    /// Show file size
    #[arg(short, long)]
    size: bool,
}

fn main() {
    let args = Args::parse();
    // args.file, args.sizeを使用
}

---

学習の確認

この課題を通じて、以下を理解できたか確認してください：

[ ] Rustupによるツールチェーン管理
[ ] Cargoの基本コマンド（build, run, test, doc）
[ ] プロジェクト構造のベストプラクティス
[ ] 外部クレートの使用方法
[ ] コード品質ツール（rustfmt, clippy）
[ ] モジュールシステム
[ ] ワークスペースの概念
[ ] CI/CDの基本

次の章では、Rustの基本構文（変数、型、関数）を学びます。