Rust의 패턴 매칭 깊게 파헤쳐보기

소개

Rust에서 패턴 매칭은 다양한 패턴에 따라 다른 작업을 수행할 수 있는 강력한 언어 기능입니다. 패턴 매칭은 열거형 타입 작업, 튜플 및 구조체 해체, 조건식 처리 등 다양한 시나리오에서 사용될 수 있습니다. 이 기사에서는 Rust의 패턴 매칭 구문에 대한 자세한 소개와 예제 코드를 통해 사용법과 장점을 보여줍니다.

기본 사용법

Rust는 패턴 매칭에 match 키워드를 사용합니다. match 표현식은 여러 개의 암(arm)으로 구성되며, 각 암은 패턴과 패턴이 일치할 때 실행할 코드 블록을 포함합니다. Rust는 암을 순서대로 평가하고 첫 번째로 일치하는 패턴에 해당하는 블록을 실행합니다. 간단한 예는 다음과 같습니다.

fn main() {
    let number = 3;

    match number {
        1 => println!("One"),
        2 => println!("Two"),
        3 => println!("Three"),
        _ => println!("Other"),
    }
}

위 코드에서 number 변수를 정의하고 값 3을 할당합니다. 그런 다음 match 표현식을 사용하여 number에 대해 매칭합니다. 먼저 Rust는 패턴 1을 가진 첫 번째 암을 확인합니다. number가 1이 아니므로 해당 암은 건너뜁니다. 두 번째 암 2로 진행하지만 이 역시 일치하지 않습니다. 마지막으로 세 번째 암 3을 확인하고, 이것이 일치하므로 블록을 실행하고 Three를 출력합니다.

어떤 패턴도 일치하지 않으면 마지막 밑줄 _이 다른 언어의 default와 유사한 기본 케이스 역할을 하며 해당 블록을 실행합니다.

열거형 타입 매칭

Rust에서 열거형은 여러 개의 다른 베리언트 중 하나가 될 수 있는 값을 정의할 수 있는 타입입니다. 패턴 매칭은 열거형을 처리하는 가장 일반적인 방법 중 하나이며, 베리언트에 따라 다른 로직을 실행할 수 있습니다.

세 개의 다른 베리언트인 Move, Write, ChangeColor를 가진 Message라는 열거형을 정의하는 다음 예제를 고려해 보세요.

enum Message {
    Move { x: i32, y: i32 },
    Write(String),
    ChangeColor(i32, i32, i32),
}

이제 match 표현식을 사용하여 Message의 다양한 베리언트를 처리합니다.

fn process_message(msg: Message) {
    match msg {
        Message::Move { x, y } => println!("Move to coordinates (x={}, y={})", x, y),
        Message::Write(text) => println!("Write: {}", text),
        Message::ChangeColor(r, g, b) => println!("Change color to (r={}, g={}, b={})", r, g, b),
    }
}

fn main() {
    let msg1 = Message::Move { x: 10, y: 20 };
    let msg2 = Message::Write(String::from("Hello, world!"));
    let msg3 = Message::ChangeColor(255, 0, 0);

    process_message(msg1);
    process_message(msg2);
    process_message(msg3);
}

위 코드에서 Message 열거형을 파라미터로 받는 함수 process_message를 정의합니다. match 표현식 내에서 다양한 열거형 베리언트를 다른 로직으로 처리합니다. Message::Move 베리언트의 경우, 패턴을 해체하여 x와 y를 가져온 다음 좌표를 출력합니다. Message::Write의 경우 문자열을 직접 출력합니다. Message::ChangeColor의 경우 r, g, b를 해체하고 RGB 값을 출력합니다.

main 함수에서 세 개의 다른 Message 값을 생성하고 처리를 위해 process_message에 전달합니다. 베리언트에 따라 다른 로직이 실행됩니다.

구조체 해체 및 매칭

열거형 외에도 Rust는 구조체 해체 및 매칭을 지원합니다. 구조체는 여러 필드로 구성된 사용자 정의 데이터 타입입니다. 패턴을 사용하여 구조체를 해체하고 필드 값을 기반으로 작업을 실행할 수 있습니다.

다음 예제를 고려해 보세요. 여기서 Point라는 구조체를 정의하여 2D 공간의 점을 나타냅니다.

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

이제 match 표현식을 사용하여 다양한 Point 구조체를 해체하고 매칭합니다.

fn process_point(point: Point) {
    match point {
        Point { x, y } => println!("Point coordinates: x={}, y={}", x, y),
    }
}

fn main() {
    let p1 = Point { x: 10, y: 20 };
    let p2 = Point { x: -5, y: 15 };

    process_point(p1);
    process_point(p2);
}

위 코드에서 Point를 파라미터로 받는 함수 process_point를 정의합니다. match 표현식에서 Point { x, y } 패턴을 사용하여 구조체의 필드를 해체하고 출력합니다.

main 함수에서 두 개의 다른 Point 인스턴스를 생성하고 process_point에 전달합니다. 패턴 매칭을 통해 구조체 필드에 쉽게 접근하고 작업할 수 있습니다.

if let을 사용한 매칭 단순화

경우에 따라 특정 패턴이 일치하는지 여부만 신경 쓰고 다른 패턴을 처리할 필요가 없는 경우가 있습니다. 이러한 경우 if let 표현식을 사용하면 매칭 프로세스를 단순화할 수 있습니다.

두 개의 베리언트인 Number와 Text를 가진 Value라는 열거형을 정의하는 다음 예제를 고려해 보세요.

enum Value {
    Number(i32),
    Text(String),
}

이제 if let을 사용하여 Value 인스턴스가 Number인지 확인합니다.

fn main() {
    let value = Value::Number(42);

    if let Value::Number(n) = value {
        println!("The value is a number: {}", n);
    } else {
        println!("The value is not a number");
    }
}

위 코드에서 Value 변수를 정의하고 Value::Number(42)를 할당합니다. 그런 다음 if let을 사용하여 Number 베리언트인지 확인합니다. 그렇다면 숫자를 해체하고 출력합니다. 그렇지 않으면 숫자가 아니라는 메시지를 출력합니다.

if let을 사용하면 특히 하나의 패턴만 관심이 있을 때 코드를 더 간결하고 읽기 쉽게 만들 수 있습니다.

여러 패턴 매칭

때로는 여러 패턴을 일치시키고 동일한 코드 블록을 실행하고 싶을 수 있습니다. Rust는 | 연산자를 제공하여 단일 암에서 여러 패턴을 일치시킵니다.

변수 number를 정의하고 여러 패턴을 매칭하는 다음 예제를 고려해 보세요.

fn main() {
    let number = 42;

    match number {
        0 | 1 => println!("Zero or one"),
        2 | 3 | 4 => println!("Two, three, or four"),
        _ => println!("Other"),
    }
}

위 코드에서 match를 사용하여 number를 평가합니다. 첫 번째 암은 0 | 1을 사용하여 0과 1을 모두 일치시킵니다. 두 번째 암은 2 | 3 | 4를 사용하여 2, 3, 4를 일치시킵니다. 마지막 밑줄 _은 다른 모든 값에 대한 기본 케이스 역할을 합니다.

| 연산자는 여러 값을 깔끔하게 일치시키고 코드 중복을 방지하는 데 도움이 됩니다.

if let 및 while let

match 외에도 Rust는 조건부 패턴 매칭을 위해 if let과 while let을 제공합니다.

if let 표현식은 매칭을 수행하고 조건이 참이면 블록을 실행합니다. 일치하지 않으면 아무 일도 일어나지 않습니다.

while let 표현식은 if let과 유사하게 작동하지만 패턴이 일치하는 한 루프에서 프로세스를 반복합니다.

다음은 둘 다 보여주는 예입니다.

fn main() {
    let values = vec![Some(1), Some(2), None, Some(3)];

    for value in values {
        if let Some(num) = value {
            println!("Number: {}", num);
        } else {
            println!("None");
        }
    }

    let mut values = vec![Some(1), Some(2), None, Some(3)];
    while let Some(value) = values.pop() {
        if let Some(num) = value {
            println!("Number: {}", num);
        } else {
            println!("None");
        }
    }
}

위 코드에서 먼저 Option 값의 벡터를 정의합니다. for 루프와 if let을 사용하여 각 요소가 Some인지 확인하고 값을 출력하거나 "None"을 출력합니다.

다음으로, 다른 벡터를 정의하고 while let을 사용하여 요소를 하나씩 꺼냅니다. 요소가 Some인 한 해당 값을 출력합니다. 그렇지 않으면 "None"을 출력합니다.

if let과 while let을 사용하여 조건을 유연하게 일치시키고 패턴을 처리할 수 있습니다.

match의 Exhaustiveness Checking

Rust에서 match 표현식은 철저합니다(exhaustive). 즉, 컴파일러는 잠재적인 오류를 방지하기 위해 match 표현식에서 가능한 모든 케이스가 처리되었는지 확인합니다.

match 표현식이 철저하지 않으면 컴파일러는 잠재적인 오류를 방지하는 데 도움이 되도록 경고를 표시합니다. 철저성을 보장하기 위해 match 끝에 _ 암을 폴백 케이스로 추가할 수 있습니다.

다음은 철저성 검사를 보여주는 예입니다.

enum Color {
    Red,
    Green,
    Blue,
}

fn main() {
    let color = Color::Red;

    match color {
        Color::Red => println!("Red"),
        Color::Green => println!("Green"),
        // Missing the Color::Blue branch
    }
}

위 코드에서 세 개의 베리언트가 있는 열거형 Color를 정의합니다. 그런 다음 match 표현식을 사용하여 color 변수를 매칭합니다. Color::Red와 Color::Green에 대한 암을 제공하지만 Color::Blue는 생략합니다.

이 코드를 컴파일하려고 하면 Rust 컴파일러는 다음 경고를 생성합니다.

warning: non-exhaustive patterns: `Color::Blue` not covered

이 경고는 match 표현식이 가능한 모든 케이스를 처리하지 않기 때문에 철저하지 않음을 나타냅니다.

이 문제를 해결하려면 _ 브랜치를 추가하거나 모든 열거형 베리언트를 명시적으로 매칭할 수 있습니다.

결론

패턴 매칭은 Rust의 강력하고 유연한 언어 기능으로, 다양한 패턴에 따라 다른 작업을 수행할 수 있습니다.

이 기사에서는 Rust에서 패턴 매칭의 기본 사용법을 소개했습니다. 여기에는 열거형 및 구조체 매칭, if let 및 while let을 사용하여 매칭 로직 단순화, 가능한 모든 케이스를 처리하기 위해 match 표현식에서 철저성을 보장하는 방법이 포함됩니다.

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