Rustのlet/const/staticの違い

Rustでコードを書いているとき，文字列リテラルや数値を変数として扱うか，定数として扱うか悩みました．
Rustではlet変数の値は通常不変なので，定数のように扱うこともできます．一方でRustにはconst定数やstatic変数といったものも存在します．
それぞれどのような違いがあり，どういった用途で使い分けるのが良いのか，自分なりにまとめてみました．

let変数

宣言した変数に値を束縛します．通常の束縛では値の所有権を保持します．
値が参照のときは，その値の借用を行います．この場合，値の所有権は保持しません．
つまり，letで所有・借用する値の実体は，必ずプログラム中で1つしか存在しません．

// String型のインスタンスをstr1に束縛
let str1 = String::from("Hello");
// str1の持つ"Hello"の所有権をstr2に渡す
let str2 = str1;
println!("{}", str2);
// str1にアクセスすると所有権がないのでエラー
// println!("{}", str1);
// str2の参照をstr3に渡す（借用）
let str3 = &str2;
// "Hello"の所有権はstr2のままなのでエラーにならない
println!("{} {}", str2, str3);

let変数の値は実行時に評価されます．let変数を使用した式は実行時に計算されます．

束縛される値は通常不変ですが，mutキーワードをつけることで可変となります．ただし値がすでにほかの変数で参照されている場合は，すべての参照が外れるまでmutで束縛できません．

// 可変なstr4にstr2に束縛された値の所有権を渡す
let mut str4 = str2;
// str5でstr4を不変参照していると，str6で借用できない
// let str5 = &str4;
// str4への可変参照をstr6に借用する
let str6 = & mut str4;
str6.push_str("!");
println!("{}", str4);

変数は関数スコープまたはブロックスコープで宣言できます．グローバルスコープでは宣言できません．

スコープ内で同じ名前の変数を宣言しても，エラーになりません．これをシャドーイングといい，変数の再宣言以降は新しい宣言を使って式が評価されます．シャドーイングが有効な変数のスコープから抜けると，再宣言以前の変数が使用されます．

let hoge = "hoge";
{
    let hoge = "fuga";
    // "fuga"が表示される
    println!("{}", hoge);
}
// "hoge"が表示される
println!("{}", hoge);

モジュール外に変数を公開することはできません．ただし，変数の値を返す関数をモジュール外に公開することはできます．

const定数

定数として値を宣言します．
定数には所有権や借用といった概念はなく，const宣言された値はコンパイル時にコードにインライン展開されます．

const HOGE: &str = "hoge";
// コンパイル時に println!("{}", "hoge"); となる
println!("{}", HOGE);
}

const定数の値はコンパイル時に評価されます．const定数またはconst関数だけで構成される式は，コンパイル時に計算されます．

const fn plus_one(n: i32) -> i32 {
    n + 1
}

const N: i32 = 123;
const M: i32 = plus_one(N);
// コンパイル時に println!("{}", 124); となる
println!("{}", M);

定数なので値は不変です．

const定数はグローバルスコープを含む任意のスコープで宣言できます．また宣言した定数はモジュール外に公開することができます．

pub const EXPOSED_VALUE: &str = "Exposed";

static変数

static変数に束縛された値はインライン展開されず，プログラム中の1つのメモリ空間に割り当てられます．
これは複数のスレッドから見て，必ず一つの同一なメモリ空間を指します．

static hoge: &str = "hoge";

// 複数のスレッドからスレッドセーフにアクセスできる
let s = &hoge;
println!("{}", s);

static変数の値は実行時に評価されます．

static変数はmutキーワードを使って可変にすることもできます．ただし可変にするとスレッドセーフではなくなるため，unsafeブロックで囲まないと読み書きができません．

static mut UNSAFE_VALUE: i32 = 1;

// スレッドセーフでないのでunsafeブロック以外では読み書きできない
unsafe {
    UNSAFE_VALUE += 1;
    println!("{}", UNSAFE_VALUE);
}

static変数はグローバルスコープを含む任意のスコープで宣言できます．モジュール外に公開することも可能です．

私的使い分け

基本的にはlet変数を使用し，用途によってconst定数やstatic変数を使おうと思います．

• const定数
  • 値をモジュール外に公開したいとき．
  • プログラムやモジュール内で共有する値をグローバルスコープで宣言したいとき．
  • コンパイル時に値を計算したいとき．
  • 値をインライン展開したいとき．
• static変数
  • シングルトンのようにプログラム中で1つしか存在しないグローバルなオブジェクトを定義したいとき．
• let変数
  • それ以外のとき．